TWI702044B - 用於生物體內及體外遞送核酸系藥物之新穎糖醇系組成物 - Google Patents

用於生物體內及體外遞送核酸系藥物之新穎糖醇系組成物 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種組合物及其與糖醇組成物共同配製核酸系藥物/疫苗複合物，以供生物體外及體內遞送的使用方法。具體而言，本發明包含配製用於治療與藥學之核酸組成物的成份以及必要步驟，其中如微型核糖核酸、微型核糖核酸前驅物、小夾核糖核酸、小干擾核糖核酸、核酶、反義核糖核酸/去氧核糖核酸、核糖核酸與去氧核糖核酸之雜合物以及去氧核糖核酸載體/疫苗，係與甘胺酸化糖醇/糖構成可遞送之透過主動內噬作用於生物體內或體外由細胞吸收的複合物。再者，本發明揭示含有糖醇結構及/或似糖醇結構的化學化合物能避免核酸，特別是微型核糖核酸、小夾核糖核酸、小干擾核糖核酸及核酶在體內或體外的降解。因此，本發明也是保存該些核酸系藥物及/或疫苗在生物體內、外之結構完整性及功能有效性的配方及方法。

Description

用於生物體內及體外遞送核酸系藥物之新穎糖醇系組成物
發明人：林希龍(亞凱迪亞，加州)，林怡彣(喜瑞都，加州)。
優先權：
本發明要求以2014年8月7日提交的申請號為PCT/US2014/050114，標題為“用於生物體內及體外遞送核酸系藥物的新穎糖醇系組成物”的專利合作條約專利申請案為其優先權；其係於此併入參照如全文闡述。
本發明係關於一種新穎的化學組合物以及其用於RNA-及/或DNA-系藥物/疫苗與修飾的糖醇及/或糖配製並形成穩定複合物以進行體外或生物體內之遞送的使用方法。具體而言，本發明教示配製治療及藥學的核酸組合物必要的重要成分以及過程，其中如微型核糖核酸(miRNA)及其前驅物/擬物、小髮夾型核糖核酸(shRNA)、短干擾核糖核酸(siRNA)、核酶、反義核糖核酸/去氧核糖核酸、核糖核酸-去氧核糖核酸雜合體以及去氧核糖核酸載體/疫苗係與新穎甘胺酸化糖醇配製為遞送複合物；該遞送複合物能在生物體內或體外藉主動機制如內噬作用由細胞吸收，並釋出該核酸組合物的治療效果。本發明的新穎性並在於創造含有荷正電糖醇/糖之組成物，來與荷負電之核酸組合物藉由離子及/或靜電親合力而非共價結合或氫鍵來相互作用，藉以保持該核酸組合物結構的完整，以供於體內及體外較佳的藥效之遞送。此外，本發明首發現化學組合物如糖醇及糖能保護小功能性核酸，特別是miRNA、shRNA、siRNA以及核酶分子免於在體內或體外降 解。因此，本發明不僅為組成物以及該組成物在遞送核酸系藥物/疫苗至細胞的使用方法，並為在生物體內、體外保存該些核酸系藥及/或疫苗結構完整性以及功效的重要配方。
由RNA干擾技術衍伸之體內治療的發展，遇到的阻礙主要為功能性非編碼核糖核酸(ncRNA)如核酶、微型核糖核酸(miRNA)、短髮夾型核糖核酸(shRNA)以及小干擾核糖核酸(siRNA)的遞送。該些ncRNA的低穿透及高降解率為遞送所遭遇的問題。為克服這些問題，必須以遞送劑保護功能性ncRNA，一方面保持其結構的完整性，也促進其在生物體內由細胞所攝入。然而，早先發現的脂質體或糖系遞送劑無法同時滿足兩需求。
核酸組合物如核糖核酸(RNA)以及去氧核糖核酸(DNA)為荷負電分子，也因此傾向吸引荷正電物質。另一方面，細胞膜含磷脂雙層，其係含豐富脂肪酸並因此荷負電。因此，裸露的RNA/DNA將受細胞膜排斥並且無法直接送至細胞內。為克服上述問題，傳統上較佳遞送方式之一為使用脂質系脂質體包裹DNAs/RNAs，以脂質體轉染行胞內遞送。脂質體轉染的機制為脂質體與細胞膜的磷脂雙層融合，以致脂質體包裹的RNAs/DNAs被動擴散進入細胞。為進一步促進其遞送效率，常再添加長碳鏈(即醣酯)或荷正電化學基團、或兩者，如聚乙二醇(PEG；H-(O-CH2-CH2)n-OH](Immordino et al,2006))、甘油酯(WO2011143237，Meyering)、單油酸甘油酯(Pereira et al,2002；Zhen et al,2012)、以及胺化/胺基聚(甲基丙烯酸甘油酯)(aminated/amino poly(glycerol methacrylate)s，Gao et al,2010 and 2011)來修飾該些脂質體分子。然而，由於被動擴散的限制，質脂體法的效率大體而言與內噬作用的主動遞送方式無法比擬。
在脂質體遞送系統中，甘油常作為聚合物的連結，用以連接脂肪酸的長碳鏈與磷酸脂如單油酸與甘油酯。長碳鏈經修飾能形成荷電的化學基團並與DNA/RNA相互作用；然而，該些荷電碳鏈不具有任何保護 DNA/RNA免於降解的能力(即極性)。另一方面，甘油可在遞送聚合物如胺化/胺基聚(甲基丙烯酸甘油酯)中作為側鏈。該些胺化甘油側鏈在此般丙烯酸聚合物中攜帶荷正電基團，其係與DNA及RNA形成氫鍵(Gao et al,2010)；其中DNA與RNA的雙倍體及髮夾結構已知由氫鍵形成並維持。如此一來，胺化/胺基聚(甲基丙烯酸甘油酯)形成的氫鍵將干擾DNA/RNA雙倍體(duplex)及髮夾結構的完整性；其係用於維持許多現階段已知核酸系藥劑如miRNA、shRNA、siRNA、核酶以及DNA疫苗的功能。可理解的是，該些脂質遞送系統中沒有一種能保護DNA與RNA免於降解。
糖系遞送為另一較佳的轉染方法，其經設計而促進原低效率的脂質遞送。糖包裹的DNAs/RNAs能由細胞藉主動的內噬作用機制吸收，提升其於細胞內的濃度以及其功效。該些糖系遞送系統使用多種組成物包含糖系界面劑(EP0535534,Nair；WO2009029046,Kim)、聚(糖丙烯)聚合物(US5,618,933,Dordick)、糖接枝脂質體(Banerjee et al,1996)、脂質-蛋白-糖微粒(WO2002032398,Kohane et al)、聚(糖化胺基酸)(Davis et al,2002)，脂胺基酸-/糖肽-及/或脂多醣-接合體(Blanchfield et al,2004)、果膠/丁聚醣/卵磷脂奈米微粒(Morris et al,2010；Cuna et al,2006；Graf et al,2008)，糖-聚乙二醇系聚合體(Davis et al,2010；Bhatia et al,2011)，以及硼醣複合體(Ellis et al,2012)。然而，沒有關於該些糖系組成物能保護DNA與RNA結構的完整性從而避免降解的報導。由於多醣類及糖一般不攜帶任何電荷，因此該些方法中有許多仍需要與脂質體結合以包覆DNAs/RNAs。因此衍生配製不易的另一問題。
總而言之，現今尚無一種遞送試劑能有效遞送RNAs/DNAs至細胞內，同時在遞送當中保護其股結構、特別是雙倍體及髮夾結構的完整性。再者，由於先前開發的遞送劑並未在任何現存的生物系統中發現，且尚未於生物體內有過遞送試驗，因此其安全性以及在生物體內的效率係有高度不確定性。因此，亟需一種新的遞送系統，不但能安全存在於生命 系統中並且不管在體外、或在體內，可有效遞送RNAs/DNAs至細胞內，同時保護其股結構、特別是雙倍體及髮夾結構的完整性。
幹細胞如同藏寶盒，含有用於設計及發展藥學以及治療上應用的各種有效成分。所述應用包含但不限於促使細胞/組織/器官再生、修復及/或更生受傷/老化組織/器官、處理退化性疾病(即糖尿病、骨質疏鬆、帕金森氏症與阿茲海默症......等)，以及避免腫瘤/癌症生成、發展以及轉移。因此，發明人使用幹細胞作為篩選、鑑定、分離以及生產新藥的一項工具，同時探討與幹細胞生產及保藏該些(已確認的)藥成份有關的機轉(Chen與Lin，(2013)Recent Patents on Regenerative Medicine 3,5-16)。本發明首次揭露含有糖醇-及/或似糖醇結構的化學化合物能保護似髮夾的核糖核酸(RNA)分子，特別是微型核糖核酸前驅物(即初級微型核糖核酸及/或前驅微型核糖核酸)、小夾核糖核酸、小干擾核糖核酸及核酶免於在人類誘發型多能性幹細胞(iPSC)及iPSC衍生之胚體中降解。由於所有胚胎細胞在結構上的相似性，該糖醇/糖或許在其他細胞類型中亦提供同樣的保護效果，對抗功能性RNA無論是生物體內或體外的降解。
糖醇(sugar alcohols)為一種衍生自糖的多元醇(polyol alcohols,polyhydric alcohol,polyalcohol,glycitol)的通類。依據化學上對於聚合物的定義，多元醇(polyol)為具有數個活性的可參與有機反應的氫氧基的化合物，其中聚合的多元醇(polymeric polyols)常具有聚醚或聚酯的態樣。大部分的糖醇為白色、水溶性的自然發生的物質，且常用於美容、藥學以及食品工業，作為保濕劑、增稠劑以及甜味劑。糖醇一般以化學式H(HCHO)n+1H表示，其係異於糖的H(HCHO)nHCO。再者，糖醇不像糖，後者傾向形成環狀結構，糖醇則否。然而，糖醇能夠經脫水形成環狀醚，例如山梨糖醇經脫水形成異山梨酯(isosorbide)。糖醇具有不同的鏈長且鏈的每一碳分子連接有一氫氧基(OH)。糖醇進一步因其氫氧基的相對方位(立體 化學)而有分別；舉例來說，甘露糖醇和山梨糖醇為異構物，享有相同的化學式C6H8(OH)6，但第二碳原子(C2)上的氫氧基的方位相異。屬於常見類型的糖醇包含但不限於醛醣醇(alditol)、阿拉伯糖醇(arabitol)、赤藻糖醇(丁四醇)(erythritol)、海藻糖醇(fucitol)、半乳糖醇(galactitol)、甘油(丙三醇)(glycerol,glycerin)、艾杜糖醇(iditol)、肌醇(inositol)、異麥芽酮糖醇(巴糖醇)(isomalt)、乳糖醇(lactitol)、麥芽糖醇(maltitol)、甘露糖醇(mannitol)、聚葡糖醇(氫化葡萄糖)(polyglycitol)、山梨糖醇(sorbitol)、蘇糖醇(threitol)、庚七醇(volemitol)，以及木糖醇(xylitol)。在本發明中，除了糖醇，亦可使用糖例如葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖以及乳糖；此外，某些糖亦可用來取代糖醇，例如葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖以及乳糖。
核酸分子如去氧核糖核酸(DNA)以及核糖核酸(RNA)，係因其連續核苷酸分子間的磷酸二酯鍵結而為帶負電的物質，因此其傾向於與帶正電之化合物交相作用。然而，水中的離子常透過水解力打破DNA且特別是RNA的鍵結構造，從而導致降解。為防止RNA/DNA降解，已知醇類帶有強極性而可將水分子逐出RNA股及DNA股，因而穩定RNA股及DNA股結構的完整性。在本發明中，發明人使用修飾的糖醇及多醣包覆有功能的RNA/DNAs，以行生物體外及體內的遞送。然而，在低pH值條件下，糖醇及糖通常不帶任何電荷；即使是微量負電荷，亦不足與帶負電之核酸產生足夠的交互作用。在探討分離自人類誘發型多能性幹細胞(iPSCs)之微型核醣核酸miR-302時，發明人發現一些新穎的修飾糖/糖醇往往與miR-302一同純化出來；該些修飾糖/糖醇並用於穩定及保護miR-302前驅物的髮夾結構免於降解。有關這些糖/糖醇的特點，發明人接下來的研究結果揭示了甘胺醯化是對於該些糖/糖醇的其中一種修飾方式，其促進並增進細胞內糖/糖醇與RNAs/DNAs之間、特別是與夾樣微型核糖核酸前驅物(即pri-/pre-miRNAs)之間的交互作用。此外，其他一些類似的修飾如甘胺酸化胺基酸調解的甘胺酸(醯)化以及谷胺酸(醯)化(glutamylation)也提供相同或近似的功能。
圖1A及1B所示為糖醇的甘胺醯化，該化學反應新發現用於產生帶正電糖/糖醇，藉以與分離的或重組的RNAs/DNAs及/或似RNA/DNA的合成分子形成穩定的遞送複合物，從而用來發展為藥及治療方法。先前僅知甘胺醯化發生於胺基酸之間；是否在糖或糖醇間發生則未知。然而，如此處所揭示的，甘胺醯化的化學反應係甘胺酸的甘胺醯基(NH2CH2COO-)取代糖醇或糖的氫氧基(HO-)，並在糖/糖醇每一移走OH的碳與甘胺醯基間形成醚鍵(R-O-R)。此反應亦包含有脫水的縮合過程。舉例來說，當丙三醇(甘油)為該糖醇，丙三醇的甘胺醯化將產生三種反應產物：其一為1-、2-、或3-單甘胺醯甘油(monoglycylglycerol,MGG)，另一為1,2-、2,3-、或1,3-雙甘胺醯甘油(diglycylglycerin,DGG，圖1A)，在另一為1,2,3-三甘胺醯甘油酯(triglycylglyceride,TGG，圖1B)。在此例中，甘胺醯化可為部分或完全反應；舉例來說，MGG與DGG為部分甘胺酸化的產物，而TGG為一完全甘胺酸化產物。MGG、DGG以及TGG皆為帶正電分子，其與帶負電之物質如RNA、DNA及任何其他種酸性物質，透過離子/靜電親和力而相互作用，從而用於胞內遞送。因為此電性親和力的關係，DNA/RNA與甘胺酸化糖/糖醇的混合物容易且立即形成包覆的複合物或聚合物。如同天然糖一般，這些修飾的(即甘胺酸化的)糖醇能由細胞透過受體介導的(receptor-mediated)內噬作用吸收。並且，具有較高分子量的糖醇/糖可形成較高階的甘胺醯化結構；不過，這些修飾糖/糖的基本功能以及攝入機制可能相似。
糖醇/糖的甘胺醯化反應先前未曾有報導。本發明首次揭露其存在、自然狀態功能以及相關利用。由於甘胺醯化糖醇/糖能與所有種類的種類的帶負電小物質(包括有機或無機化學化合物及藥物)交互作用行細胞內的遞送，該些甘胺醯化糖醇/糖可用於發展各種治療、藥學以及化妝產品、裝置以及應用。舉例來說，他們能用於將氫氧磷灰石(HA)、填充的奈米粒子、透明質酸/麴酸/抗壞血酸、熊果素及/或抗酪胺酸酶的miRNAs/shRNA/siRNA/DNAs轉導至表皮細胞而對皮膚有亮白等美妝及/或 皺紋移除的功效。在其他實施例中，甘胺醯化糖醇/糖能用於包覆及配製有功能的微型核糖核酸(即pre-miRNA/shRNA)及/或其小干擾核糖核酸(siRNA)擬物，作為疾病處理的治療藥/疫苗。在這方面，已知微型核糖核酸如miR-34、miR-146a、miR-142-3p及miR-302能作為腫瘤抑制子而用於治療各種人類腫瘤/癌症：包含但不限於肝、肺、骨、前列腺、乳癌以及腦瘤、血癌[Lin et al.,(2008)RNA 14：417-424；(2008)RNA 14：2115-2124；(2010)Cancer Research 70：9473-9482]。進一步而言，該些糖醇/糖能供保護及遞送載體系的DNA/RNA藥物及/或疫苗，其係經常用於基因治療以及抗病毒處理。因此，本發明能用在各種美妝、藥學以及治療設計、裝置與應用上。
圖示及實施例的特別參照僅係作為說明之用途但不為限制。
圖1A及1B示意甘胺酸化的化學反應及該反應生成的甘胺酸化(甘胺醯化)糖醇。舉例而言，當甘油(丙三醇)在此例中為該糖醇，則可用於核酸遞送的兩個主要的反應產物為1,3,-雙甘胺醯甘油(1A；DGG)及1,2,3-三甘胺醯甘油酯(1B；TGG)。其中DGG為部分甘胺酸化的產物(1A)，TGG為完全甘胺酸化的產物(1B)。
圖2A-2D所示為miR-302前驅物(即pri-與pre-miR-302)在降解前與降解後的高效能液相層析(HPLC)分析結果。圖2A所示為新鮮miR-302前驅物及降解的miR-302前驅物之HPLC峰形態樣。其中在新鮮樣本的分析結果(2A上)中，係總共含有四個峰如下：於4.25分處的一小峰(單個核苷酸)、於9.50分處的一主峰(單髮夾環的前驅miR-302s(pre-miR-302))、於10.4分處的另一小峰(雙髮夾環的前驅miR-302s)，以及於12.5分處的另一主峰(四髮夾環的初級微型核糖核酸(pri-miRNA)簇)。相較之下，降解的樣本(保存於生理食鹽水三天)呈現不清晰的峰形態(2A下)。圖2B所示為miR-302家族簇基因的序列；miR-302前驅物的轉錄物來自此序列，其中轉錄之miR-302並經處理。圖2C示意單髮夾環的前驅miR-302s之同型異構物的個別的序 列，即pre-miR-302a(SEQ.ID.NO.2)、pre-miR-302b(SEQ.ID.NO.3)、pre-miR-302c(SEQ.ID.NO.4)、以及pre-miR-302d(SEQ.ID.NO.5)。圖2D所示為新鮮miR-302前驅物以及由糖醇保護之miR-302前驅物的HPLC峰形態樣，顯示於生理食鹽水存放三天後不發生降解。
圖3A與3B所示為微型核糖核酸(miRNA)微陣列分析的結果。其中該小核糖核酸來自未經處理的空白組角質細胞，或來自有糖醇介導(DGG/TGG-mediated)之miR-302轉染的角質細胞。圖3A顯示空白組的角質細胞內沒有miR-302的表現；相較於此，圖3B顯示在進行糖醇介導之miR-302轉染後，檢測到豐富量的miR-302分子。此係反映糖醇系(組合物)成功遞送小核糖核酸。
圖4A-4B表示由糖醇介導遞送之抗癌藥物(即miR-302)的治療效果。其中，以三種最終濃度：0(控制組)、200μg/ml，及400μg/ml的單離的miR-302前驅物(pre-/pre-miR-302s)處理人類肝癌細胞HepG2。此外，為展示經修飾之糖醇的遞送效果，發明人以四種不同甘胺醯化修飾程度的糖醇包裹pri-/pre-miR-302；其中，分別以0(控制組)、75mg、750mg及1500mg甘胺酸修飾甘油，並產生最終濃度分別為0、~0.1、~0.5以及~1.0M的MGG/DGG/TGG。如圖4A所示，結果顯示當用於遞送之MGG/DGG/TGG(即配方5)的甘胺醯水平提高，miR-302引致的人類癌細胞生長的腫瘤抑制效應的提升係呈現顯著的劑量依賴。另一方面，圖4B顯示單獨以MGG/DGG/TGG(即不含miR-302)處理細胞不會有任何毒性作用。圖4C顯示進一步評估以甘胺醯化糖/糖醇行生物體內遞送miR-302的結果。其中，經過以MGG/DGG/TGG包覆之pri-pre-miR-302處理後，在人類Huh-7腫瘤異種移植NOD SCID裸鼠(n=6)身上獲致腫瘤大小平均減少>71%的治療效果。
圖5顯示以青色素5.5(Cy5.5)標記之miR-302擬物(siR-302)在小鼠體內的分佈情形，其中該siR-302包含合成siRNA的雙倍體(duplex)。該雙倍體係由5’-Cy5.5-UAAGUGCUUC CAUGUUUUAG UGU-3’ (SEQ.ID.NO.6)及5’-Cy5.5-ACACUAAAAC AUGGAAGCAC UUA-3’(SEQ.ID.NO.7)雜合而成，且模擬pre-miR-302a/c的幹臂部分。
圖6顯示小鼠的存活率。該些小鼠係僅靜脈注射甘胺醯化糖醇(200μl、1.0M的DGG/TGG；n=4)、或靜脈注射甘胺醯化糖醇包覆的siR-302(200μg的siR-302由200μl、1.0M的DGG/TGG包覆；6隻中2隻小鼠犧牲，用於毒性檢測及體內siR-302分布分析(6-2))。
圖7示意siRNA/shRNA/miRNA/microRNA前驅物/核酶/DNA以及甘胺醯化糖/糖醇(例如：DGG與TGG)間的靜電親合性交互作用。發生作用的區域以綠影標示；其指出DGG/TGG與RNA/DNA骨幹的磷酸基團結合。RNA/DNA的磷酸基團係存在於核酸股次溝槽中。當多個甘胺醯化糖/糖醇貼附至RNA/DNA股，係形成有糖/糖醇裹覆的RNA/DNA，從而保護RNA/DNA結構並促進其體外及生物體內的遞送。
圖8表示使用HPLC純化法分離DGG/TGG與MGG。
使用甘胺醯化糖醇來防止核糖核酸的降解
小非編碼核糖核酸(small non-coding RNAs,ncRNA)已知係極為不穩定，並且在體外、特別是生物體內係容易降解。該些ncRNA的降解能在生理食鹽水中(0.9% w/v NaCl)透過高效能液相層析(HPLC)分析來量測，其中該生理食鹽水用於模擬人體內的體液。舉例來說，如圖2A所示，比較新鮮miR-302前驅物樣本以及溶解於經高壓蒸氣處理、再於室溫放置三天的miR-302前驅物樣本(實施例1)，可發現在前驅miR-302(pre-miR-302大部分為單髮夾環的前驅物)以及初級miR-302(四髮夾環簇的pri-miR-302)中，超過69%係在三天內快速降解；該時間係過短，難以引出任何與RNA干擾相關的基因靜默效應。miR-302家族簇的基因(圖2；SEQ.ID.NO.1)的初級核糖核酸轉錄物，pri-miR-302，能經由Drosha/Pasha的消化(形成外顯子 pre-miRNA)、剪接體接合/切除(形成內含子pre-miRNA)，或水解，處理為一或多個前驅微型核糖核酸(即pre-miR-302)分子。Pre-miR-302是miR-302前驅物有功能的型態，且其能進一步再經核糖核酸酶III岱塞爾((RNase III)Dicer)處理，並組合成RNA誘導沉默複合物(RISC)，以引出其特定的基因靜默效應。如圖2C所示，處理後所得的pre-miR-302之同型異構物包含pre-miR-302a(SEQ.ID.NO.2)、pre-miR-302b(SEQ.ID.NO.3)、pre-miR-302c(SEQ.ID.NO.4)、以及pre-miR-302d(SEQ.ID.NO.5)。然而，由於miR-302前驅物快速降解的特性，在新鮮樣本中的該些pre-miR-302分子能清楚無疑地被鑑別出來，然而從放置三天的樣本難以作微型核醣核酸的定序。
為維持新鮮miRNA的結構，發明人於miR-302的新鮮微型核糖核酸樣本內加入0.1M的甘胺醯化糖醇(即MGG/DGG/TGG)並混合，接著進行同樣的實驗步驟，並以HPLC作如前述之分析。用於溶解RNA/DNA的甘胺醯化糖醇溶液的最終濃度範圍可為約0.1μM至約10M，最佳為約0.05M至1.5M。RNA/DNA在MGG/DGG/TGG溶液中的最大溶解度可至12~15mg/mL。如圖2D所示，在室溫的生理食鹽水中，該些經糖醇處理的樣本在三天的時間後幾乎完全沒有降解發生。此結果顯然指出，甘胺醯化糖醇能維持髮夾樣RNA結構的完整性，並因此防止該些髮夾RNAs如微型核糖核酸前驅物(miRNA)、小髮夾微型核糖核酸(shRNA)、短干擾核糖核酸(siRNA)以及核酶的降解。由於與RNA干擾相關的基因靜默效應需要至少三天的活化時間，以完全致效，本發明的新穎糖醇組合物當能用於穩定該些髮夾RNAs的結構足夠長的時間，以引致其特定的基因靜默效應。因此，本發明可在如化妝品、藥學以及治療等多種產品及實施上，同時維持該些功能性髮夾RNAs的結構完整性及其功效。
鑑別轉染的細胞內由糖醇遞送之微型核糖核酸
為量測糖醇處理的核酸組合物進入到哺乳類細胞的遞送效率，發明人自轉染有miR-302家族簇基因(實施例1)的勝任細胞分離並純化 miR-302前驅物(即pri-miR-302s與pre-miR-302s)，接著嘗試以1.0M的DGG/TGG遞送400μg分離的miR-302前驅物至培養於2ml細胞培養基約2~4百萬個人類角質細胞中(實施例3)。為提高遞送效率，係使用HPLC(圖8)從MGG/DGG/TGG的混合溶液純化濃縮的DGG/TGG。如圖3A與3B所示，微陣列的結果(實施例5)顯示該些分離的miR-302前驅物成功遞送至標的細胞，並進一步經處理為成熟miR-302分子(例如miR-302a、b、c、d及miR-302a*、b*、c*、d*)。此係指出甘胺醯化糖醇不僅有效遞送該些髮夾RNAs至人類細胞，並且促進其組成RISCs，從而引致期望的功效。由於角質細胞不表現任何miR-302(圖3A)，因此在經處理的角質細胞內所發現的豐富miR-302分子必然全部來自甘胺醯化糖醇的遞送效應及由其遞送之miR-302前驅物；此外，該發現亦指出一主動運送機制如內噬作用，可能促成該高效的遞送效果。如此經修飾的糖醇以及其衍生物可自然由細胞透過受器介導之內噬機轉吸收。
糖醇遞送之抗癌微型核糖核酸對於癌細胞生長之效果
為進一步觀察由糖醇遞送之藥的藥效，發明人分別以三種不同最終濃度0、200、400μg/ml由MGG/DGG/TGG包裹之miR-302前驅物(pri-/pre-miR-302s)處理人類肝癌細胞HepG2。為同時展示MGG/DGG/TGG介導之miR-302的遞送，發明人分別以四種不同甘胺醯化程度：0、75、750以及1500mg/10mL的甘胺酸-甘胺醯化甘油(MGG/DGG/TGG)包裹該些pri-/pre-miR-302s。發明人先前於體外以載體來表現之研究結果顯示，miR-302能抑制超過95%癌細胞的增生，同時只對少於5%-10%的正常細胞的生長產生影響(Lin et al.,(2010)Cancer Research 70：9473-9482).如圖4A所示，本發明遞送之由甘胺醯化糖醇包裹的miR-302在人類癌細胞生長方面呈現接近劑量依存之抑制效果，其中圖4B顯示單獨的同體積(控制組體積與35μl/70μl組別之體積皆相同)甘胺醯化糖醇不會產生任何效果，亦無毒性發生；換言之，所觀察到的miR-302的治療效果確實來自由甘胺醯化糖醇經包 裹配方遞送之miR-302(實施例2)。
MGG/DGG/TGG遞送之miR-302的腫瘤抑制效果同樣在體內觀察得到。如圖4C所示，發明人注射250μg MGG/DGG/TGG包裹之pri-/pre-miR-302s(濃度5ug/μL)至每一植入NOD SCIF裸鼠(每一組別n=6)之Huh-7細胞異種移植瘤。經過了9次處理(兩次處理間間隔2~4日)，結果顯示相較於未經任何處理的控制組，所有經處理的人類異種移植瘤達到體積大於73%顯著縮減的治療效果。值得注意的是，當控制組腫瘤於三週的實驗期間生長至超過11倍大小，經處理的組別僅擴張三倍，顯示在治療癌的快速增生以及手術移除瘤後防癌復發方面相當有益的腫瘤抑制效果。因此，圖4C的結果清楚展現甘胺醯化糖/糖醇介導之miRNA/shRNA/siRNA的體內遞送的高效能。由於腫瘤/癌細胞相較於正常細胞吸收似糖物質較快，因此甘胺醯化糖/糖醇包裹之miRNAs/shRNAs/siRNAs在生物體內容易由腫瘤/癌攝入。因此，該些甘胺醯化糖/糖醇不僅遞送所包裹之RNAs，亦成功將所遞送RNAs之功能導入標的細胞。
小鼠體內經糖醇遞送之miRNA/siRNA擬物的分布
為測試糖醇包裹之核酸組合物之體內遞送效率與毒性，發明人於每隻C57BL/6J品系小鼠(實施例6；n=6)，由靜脈注射200μg的合成的miR-302擬物，其中該miR-302擬物係溶於200μl、濃度1.0M的DGG/TGG。經過24小時，發明人犧牲兩隻小鼠以取得DGG/TGG遞送之siR-302在體內之分布的資訊，另四隻小鼠則保留並進一步作存活率的分析。由於該些siR-302分子皆以紅外線螢光染劑Cy5.5標記，吾人可使用生物影像系統偵測其在體內組織中的分布，或者在螢光顯微鏡下直接觀察小鼠組織切片的螢光訊號。圖5所示為經注射處理的小鼠各種組織/器官切片在顯微鏡下之影像，其中可發現大部分Cy5.5標記之siRNA分子被送至心、肝、脾以及血管內皮細胞內，並也零星分布於骨髓及肺細胞；此更加確定由甘胺醯糖/糖醇包裹之核酸組合物於體內的遞送效率。另一方面，其他四隻注射由同樣糖醇包裹 之siR-302，且在整整兩週的實驗期間(圖6)也不出現相反效果；此進一步顯示該心新穎遞送組合物與方法在體內安全無虞。
總而言之，發明人實現新穎糖醇組合物的使用；不但在維持核酸組成物的結構完整性方面，並且在生物體內或體外遞送該些功能性核酸組成物進入細胞。該些功能性核酸組合物可包含但不限於微型核糖核酸前驅物(miRNA)、小夾核糖核酸(shRNA)、短干擾核糖核酸(siRNA)、核酶、反義RNAs/DNAs、RNA-DNA雜合物以及DNA載體/疫苗。安全性以及效率係藥物遞送兩大主要考量；本發明糖醇組合物具有無毒以及高組織穿透性的特性，因此滿足上述考量以及於生物體內有效的遞送，其中該遞送提供多種應用如核酸系化妝、藥學以及治療應用。此外，本發明所有用於製備該些修飾(甘胺醯)糖醇組合物之材料係符合FDA規定之無毒成份。
A. 定義
為增進對本發明的瞭解，將數個名詞定義如下：核苷酸(Nucleotide)：去氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)之單體，包含：糖部分體(戊糖pentose)、磷酸根(phosphate)，以及含氮雜環鹼基(nitrogenous heterocyclic base)。該鹼基係經由糖苷碳(glycosidic carbon，該戊糖之一端(1’)碳)與該糖部分體鏈結，且該鹼基及糖的組合係一核苷(nucleoside)。核苷於該戊糖之三端與五端位置鍵結至少一個磷酸係成為核苷酸(nucleotide)。去氧核糖核酸(DNA)與核糖核酸(RNA)係分別由不同類型之核苷酸單元，即去氧核糖核苷酸與核糖核苷酸組成。
寡核苷酸(Oligonucleotide)：含有兩個以上之去氧核糖核酸(DNA)及/或核糖核酸(RNA)之單體的一個分子，其中單體數量較佳超過3個，而通常為超過10個。含有超過13個單體的寡核苷酸通常也稱為多核苷酸(polynucleotide)。寡核苷酸確切的長度取決於許多因素，其並且依據該寡核苷酸之最佳功能或用途而定。寡核苷酸可用任何方式生成，包括：化學 合成、DNA複製、RNA轉錄、反轉錄、或其組合。
核苷酸相似物(Nucleotide Analog)：嘌呤(purine)或嘧啶(pyrimidine)核苷酸，其與A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)或U(尿嘧啶)核苷酸結構不同但足夠相似，因此可取代核酸分子中的正常核苷酸。
核酸組成物(Nucleic Acid Composition)：核酸組成物係指天然或合成的寡核苷酸或多核苷酸，如具有單股或雙股分子結構的DNA或RNA序列、或DNA/RNA序列之混合。
基因(Gene)：一核酸組成物，其寡核苷酸或多核苷酸的序列為一核糖核酸及/或一多肽(蛋白質)的代碼。基因可為核糖核酸或去氧核糖核酸。基因可編碼非編碼核糖核酸如小髮夾型核糖核酸(shRNA)、微型核糖核酸(microRNA，miRNA)、rRNA、tRNA、snoRNA、snRNA，以及其核糖核酸前驅物與衍生物。基因或編碼一編碼蛋白質的核糖核酸(protein-coding RNA)如傳訊核糖核酸(mRNA)及其前驅物與衍生物，供蛋白質/肽類合成。在一些情況下，基因編碼之蛋白質編碼核糖核酸(protein-coding RNA)可含有至少一microRNA或shRNA序列。
初級核糖核酸轉錄產物(Primary RNA Transcript)：一核糖核酸序列，其係直接由基因的DNA轉錄而來且未經RNA處理與修飾並選自由hnRNA、pre-mRNA、rRNA、tRNA、snoRNA、snRNA、pri-microRNA(pri-miRNA)、病毒RNA及其前驅物與衍生物組成的群組。尿嘧啶(U)在轉錄後係換為胸線嘧啶(T)。
前驅傳訊核糖核酸(Precursor messenger RNA，pre-mRNA)：蛋白質編碼基因透過真核細胞的真核第二型RNA聚合酶(Pol-II)，經由稱為轉錄作用的細胞內機制而產生的初級傳訊核糖核酸轉錄分子。前驅傳訊核糖核酸(pre-mRNA)的序列包含五端非轉譯區(5’-untranslated region,UTR)、三端非轉譯區(3’-UTR)、外顯子(exon)及內含子(intron)。
傳訊核糖核酸(Messenger RNA，mRNA)：前驅傳訊核糖核酸的外顯子之組合。傳訊核糖核酸係在細胞內的RNA剪接機制(intracellular RNA splicing machineries)例如剪接體(spliceosomes)移除內含子後形成，並且在肽類/蛋白質合成中為蛋白質編碼核糖核酸。該傳訊核糖核酸編碼的肽類/蛋白質包含但不限於酵素、生長因子、胰島素、抗體及其類似物/同系物與衍生物。
互補去氧核糖核酸(Complementary DNA，cDNA)：單股或雙股的去氧核糖核酸(DNA)，其含有與一mRNA序列互補的序列，且不含任何內含子序列。
正義核酸(Sense)：序列順序及組成與同源之mRNA相同的核酸分子，。以“+”、“s”或“sense”符號來表示此正義核酸構造形態。
反義核酸(Antisense)：與個別mRNA分子互補之核酸分子。以“-”或“*”符號來表示此反義核酸構造形態，或是在DNA或RNA之前加上“a”或“antisense”，例如：“aDNA”或“aRNA”。
鹼基對(Base Pair，bp)：存在於雙股DNA分子中之腺嘌呤(adenine，A)與胸腺嘧啶(thymine，T)之配對(partnership)，或胞嘧啶(cytosine，C)與鳥嘌呤(guanine，G)之配對。在RNA中，尿嘧啶(uracil，U)取代胸腺嘧啶(thymine，T)。一般來說，該配對係透過氫鍵(hydrogen bonding)。舉例而言，正義核苷酸序列“5’-A-T-C-G-U-3”能與其反義序列“5’A-C-G-A-T-3”形成完全鹼基配對。
五端(5’-end)：連續核苷酸的一端，該端在五端(5’)位置不再接核苷酸。在該連續核苷酸中，一個核苷酸之五端(5’)氫氧基係以磷酸二酯鍵與下一個核苷酸之三端(3’)氫氧基連接。在該端亦可以有其他官能基如一或多個磷酸根。
三端(3’-end)：連續核苷酸的一端，該端在三端(3’)位置不再接核苷酸。在該連續核苷酸中，一個核苷酸之五端(5’)氫氧基係以磷酸二酯 鏈與下一個核苷酸之三端(3’)氫氧基連接。在該端可以有其他官能基，通常為一氫氧基。
模板(Template)：能由核酸聚合酶複製之一核酸分子。依聚合酶的不同，模板可為單股、雙股或部分雙股。合成後之複製物係與該模板、該雙股模板或部分雙股模板中之至少一股互補。RNA與DNA皆從五端(5’)往三端(3’)的方向合成。核酸雙鏈體(duplex)之兩股總是排列在一起，使得該等兩股之五端(5’)係在該雙鏈體之相對端上(該等兩股之三端亦然)。
核酸模板(Nucleic Acid Template)：為雙股DNA分子、雙股RNA分子、雜合分子(如DNA-RNA或RNA-DNA雜合物)、或單股DNA或RNA分子。
保守(Conserved)：若一核苷酸序列與一預選(參考)序列之確切互補物(complement)非隨機地雜合，則該核苷酸序列相對該預選序列為保守序列。
同源(Homologous或Homology)：意指一多核苷酸序列與一基因或傳訊核糖核酸(mRNA)序列相似。一核酸序列可與一特定基因或mRNA序列部分或完全同源。同源也可用相似核苷酸數在全部核苷酸數中所佔的的百分比表示。
互補(Complementary或Complementarity或Complementation)：兩多核苷酸依前述鹼基配對原則(“base pair(bp)”rule)發生之鹼基配對；其中如mRNA與cDNA序列。舉例來說，序列“5’-A-G-T-3'''與序列“5’-A-C-T-3'''及“5’-A-C-U-3'''互補。互補可以發生於兩股DNA間、一股DNA與一股RNA間、或是兩股RNA間。互補可以是“部分(不完整)”或“完全(完整)”或是“整體”的。當僅一些核酸鹼基根據該等鹼基配對原則相配對，則稱部分互補(partial complementarity/complementation)。當鹼基在該等核酸股間完全相配時，則稱完全或整體互補(complete or total complementarity/complementation)。核酸股間的互補程度對於核酸股間雜合 的效率及強度有重要的影響。此對於倚賴核酸間之鍵合(binding)來達成的擴增(amplification)反應與偵測方法也特別重要。互補率(percent complementarity/complementation)係指在該核酸之一股中失配(mismatch)鹼基數在全部鹼基中所佔的比例。因此，50%的互補率意指一半的鹼基失配(mismatched)，而另一半的鹼基相配對。即使核酸之兩股具有不同鹼基數，核酸之兩股也能互補。在此情況下，互補發生於較長股之部分與較短股間，其中該較長股之該部分的鹼基與較短股之鹼基成對。
互補鹼基(Complemetary base)：當DNA或RNA形成雙股結構時正常配對之核苷酸。
互補核苷酸序列(Complemetary Nucleotide Sequence)：單股DNA或RNA分子的核苷酸序列，其充分與另一單股互補，以致兩股之間藉由氫鍵而專一地雜合。
雜合(Hybridize及Hybridization)：核酸序列間雙鏈體的形成，其係藉由鹼基配對以及核苷酸序列間充分的互補而形成。當引子(或接續模板)與標的(模板)“雜合”，則雜合形成之複合體(或雜合物，hybrids)係充分穩定，提供DNA聚合酶開始DNA合成需要的啟始功能。兩互補多核苷酸間有一競爭性抑制(competitively inhibited)的特殊(即非隨機)交互作用。
後轉錄基因靜默(Posttranscriptional Gene Silencing)：標的基因的剔除(knockout)或減弱(knockdown)，其係mRNA降解或轉譯抑制(translational inhibition)階段的結果，且通常由外來/病毒DNA或RNA轉殖基因或小型抑制性RNAs任一者觸發。
核糖核酸干擾(RNA interference，RNAi)：一種真核細胞內的後轉錄基因靜默機制，可由小型抑制性RNA分子如微型核糖核酸(microRNA，miRNA)、小夾型核糖核酸(shRNA)及小干擾核糖核酸(siRNA)引發。該等小RNA分子通常可作為基因靜默子，干擾細胞內與該等小RNA完全或部分互補之基因的表現、該基因轉錄產物的轉譯或兩者。
基因靜默效應(Gene silencing effect)：細胞在一基因功能受到抑制後的反應，包含但不限於致癌基因表現的抑制、細胞增生抑制、細胞週期停滯、腫瘤抑制、癌消退、癌的避免、癌細胞凋亡、細胞修復/更生、細胞重新編程、將生病細胞重新編程為相對正常的狀態(自發性治療)及其組合。
非編碼核糖核酸(Non-coding RNA)：無法經由細胞內轉譯機制合成肽類或蛋白質的一種RNA轉錄產物。非編碼核糖核酸包含長與短的調節性RNA分子如微型核糖核酸、小(髮)夾型核糖核酸、小干擾核糖核酸，以及雙股核糖核酸。這些調節性的RNA分子通常有作為基因靜默子的功能，干擾細胞內與該等非編碼核糖核酸完全或部分互補之基因的表現。
微型核糖核酸(MicroRNA，miRNA)：單股核糖核酸，能夠與和該微型核糖核酸(miRNA)部分互補之標的基因的轉錄產物結合。成熟miRNA通常為長約17~27個核苷酸的寡核苷酸，並能依其與所標的的mRNA間的互補程度來直接降解細胞內之mRNA標的物，或抑制所標的之mRNA的蛋白質轉譯。在幾乎所有的真核細胞內都能發現天然的miRNA，其具有例如對抗病毒感染的防衛功能，並能在動植物發育期間調節特定基因表現。大致來說，miRNA常有多個mRNA標的物，從而完全實現其功能；另一方面，許多miRNA標的同樣的基因轉錄產物，藉以增強基因靜默效應。
微型核糖核酸前驅物(pri-/pre-miRNA)：髮夾樣單股核糖核酸，含有供與核糖核酸酶III--岱塞爾核糖核酸內切酶((RNase III)Dicer endoribonucleases)作用、以產生一或多個成熟微型核糖核酸(miRNAs)的幹臂(stem-arm)及幹環(stem-loop)區域，其中該等微型核糖核酸可靜默其標的基因，或序列與該(等)微型核糖核酸之序列全部或部分互補的基因。微型核糖核酸前驅物的幹臂區域可形成為完全(100%)或部分(失配(mis-matched))之雜合雙鏈體，而其幹環區域係連接於該幹臂雙鏈體之一端並形成圓形或髮夾環的構形，藉以與一些argonaute蛋白(AGO)組合成RNA誘導沉默複合物 (RISC)。
小干擾核糖核酸(small interfering RNA，siRNA)：短雙股核糖核酸、長約18~27個核糖核苷酸之完全鹼基配對的核糖核酸雙鏈體，並可降解與其幾乎完全互補的標的基因之轉錄產物。
小髮夾型(小夾)或短髮夾型(短夾)核糖核酸(small hairpin或short hairpin RNA，shRNA)：單股核糖核酸，包含一對部分或完全相配之幹臂核苷酸序列，其中該對序列由一無配(unmatched)寡核苷酸環隔開而形成一髮夾樣結構。許多天然微型核糖核酸(miRNAs)係衍生自髮夾樣核糖核酸前驅物，即前驅微核型糖核酸(pre-miRNA)。
載體(Vector)：一種重組核酸組成物，例如重組DNA(recombinant DNA，rDNA)，能於不同基因環境移動或滯留。一般來說，其係可操作地與另外的核酸分子連結。該載體能在細胞內自動複製，其中該載體及所貼附之片段也會複製。較佳之載體的其中一類係游離基因體(episome)，即可染色體外(extrachromosomal)複製的一核酸分子。較佳的載體為可自動複製並表現的核酸。能導引一或多個編碼多肽之基因及/或非編碼(non-coding)核糖核酸基因之表現的載體在此稱為“表現載體(expression vector)”或“表現勝任載體(expression-competent vector)”。特別重要的載體能夠使用一反轉錄酶(reverse transcriptase)從mRNAs克隆(cloning)cDNA。載體之成分可包含病毒啟動子或第二型(type-II)RNA聚合酶(Pol-II或pol-2)啟動子或兩者、Kozak一致性轉譯起始位(Kozak consensus translation initiation site)、聚腺苷酸化訊息(polyadenylation signals)、複數個限制/選殖位(restriction/cloning site)、pUC複製起始點(pUC origin of replication)、SV40早期啟動子(SV40 early promoter)供於複製勝任(replication-competent)的原核細胞表現至少一抗生素抗藥性基因、選擇性的SV40複製起始點(SV40 origin)供於哺乳動物細胞內的複製、以及/或四環素反應元件。載體的結構可以是線形或環形的單股或雙股DNA，且選自由質 體、病毒載體、轉位子、逆轉位子、DNA轉基因、跳躍基因，及其組合所組成之群組。
啟動子(Promoter)：聚合酶分子能夠辨識(或與其結合)的核酸，並藉以啟始核糖核酸轉錄。依據本發明，啟動子可以是已知的聚合酶或其輔因子(cofactor)的結合位置、增強子及類似物，以及任何可使用所需聚合酶來啟始RNA轉錄分子之合成的序列。
RNA處理(RNA processing)：有關於RNA的成熟、修飾、與降解，包含RNA剪接、內含子切除、外泌體消化(exosome digestion)、無意義調節之衰退(nonsense-mediated decay，NMD)、RNA編輯、RNA處理及其組合的細胞內機制。
標的細胞(Targeted Cell)：單一或複數個選自由體細胞、組織、幹細胞、生殖細胞、畸胎瘤細胞、腫瘤細胞、癌細胞，及其組合組成之群組的人類細胞。
癌組織(Cancerous Tissue)：來自由皮膚癌、攝護腺癌、乳癌、肝癌、肺癌、腦瘤/癌、淋巴癌、血癌，及其組合組成之群組的腫瘤組織。
基因遞送(Gene Delivery)：基因工程方法，選自由多聚體(polysomal)轉染、脂質體(liposomal)轉染、化學轉染、電穿孔、病毒感染、DNA重組、轉位子插入、跳躍基因插入、顯微注射、基因槍穿透，及其組合組成之群組。
基因工程(Genetic Engineering)：DNA重組方法，選自由DNA限制酶反應與接合反應、同源重組、轉殖基因併入、轉位子插入、跳躍基因插入、反轉錄病毒感染，及其組合組成之群組。
腫瘤抑制(Tumor Suppression Effect)：細胞抗腫瘤及抗癌症的機制與反應，包含但不限於細胞週期減弱、細胞週期停滯(arrest)、腫瘤細胞生長抑制、細胞的腫瘤發生的抑制、腫瘤/癌細胞轉型的抑制、腫瘤/癌細胞凋亡的誘導、正常細胞回復的誘導、高度惡性癌細胞重新編程為較為良性的低階狀態(腫瘤消退)及其組合。
癌症治療效應(Cancer Therapy Effect)：藥物處理所致的細胞反應及/或細胞機制，包含但不限於抑制致癌基因表現、抑制癌細胞增生、抑制癌細胞侵犯及/或遷移、抑制癌細胞轉移、引發癌細胞死亡、避免腫瘤/癌發生、避免癌復發、抑制癌發展、修復受傷組織細胞、將高度惡性腫瘤重新編程為較為良性而較低階的狀態(癌消退/緩解)及其組合。
癌逆轉(Cancer Reversion)：一種體外、離體或生物體內的重編程機制，其調整高階的癌細胞回到相對而言接近正常、低階的狀態。
標的細胞(Targeted Cell)：單一或複數個選自由體細胞、組織、幹細胞、生殖腺細胞、腫瘤細胞、癌細胞及其組合組成的群的人類細胞。
甘胺酸化(甘胺醯化)(Glycylation)：一化學反應，其中糖醇或糖的氫氧基(-OH)由甘胺酸或甘胺醯胺基酸的甘胺醯基(NH2CH2COO-)取代，且在該糖醇/糖之移掉氫氧基的碳原子與該甘胺酸及/或甘胺醯胺基酸之甘胺醯基(glycyl group)間形成醚鍵(R-O-R)。
藥學及治療上的應用：生物醫學方面的使用，用於診斷的處理方法、裝置及/或設備，幹細胞產生，幹細胞研究及/或治療開發，組織/器官修復及/或再生，傷口癒合處理，腫瘤抑制，癌症治療及/或預防，疾病處理，藥物生產，及以上的組合。
原核細胞：一單細胞生物，該單細胞生物缺乏明顯膜包圍(membrane-bound)的細胞核，且其遺傳物質以DNA的連續鏈(continuous strand)的形式存在。
B. 組成物及應用
一種組合物及其與糖、糖醇共同配製核酸組成物並形成穩定複合物，以供於生物體外及體內遞送至哺乳細胞的使用方法，包含：(a)至少一帶有至少一負電荷之核酸組成物；(b)至少一經甘胺醯化修飾的糖或糖 醇組合物；其中(a)與(b)係在一條件下混合而形成至少一遞送複合物。所述核酸組成物可為微型核糖核酸(miRNA)及其前驅物、小夾RNA(shRNA)、短干擾RNA(siRNA)、核酶、反義RNAs/DNAs、RNA-DNA雜合物、DNA載體/疫苗，及其組合。形成遞送複合物的條件為pH值小於8.0，且較佳為約2.5至約7.0。
大體而言，本發明教示一新穎的甘胺醯化方法及其在生成正電荷糖醇及/或糖化合物的使用方法，其中該正電荷糖醇及/或糖化合物能與負電荷的核酸組成物透過離子鍵合以及/或靜電親和力、但非共價結合或氫鍵而相互作用(圖7)。由於此離子/靜電親和力係形成於經修飾糖/糖醇的甘胺醯基以及RNA/DNAs以磷酸二酯鍵結形成的骨幹間；貼附其上的糖/糖醇將水分子排開RNA/DNA骨幹，從而避免水解並因此保護該些核酸組成物結構的完整，且因此不管在生物體內或體外，增進藥效遞送至細胞的良率。
再者，本發明首先發現含有糖醇及/或糖的化學組合物能保護核酸組成物如miRNA、shRNA、siRNA、核酶以及DNA的完整性及防止其降解。因此，本發明不僅為組成物以及其遞送核酸系藥物/疫苗至細胞的使用方法，並為在生物體內、體外保存該些核酸系藥及/或疫苗結構完整性以及功效的重要配方。由於該些新穎特徵，本發明可用於開發及/或增進多種核酸系的化妝、藥學以及治療應用。
實施例
在以下之實驗揭露中，所用的簡稱如下：M(莫耳，molar)；mM(毫莫耳，millimolar)；μm(微莫耳，micromolar)；mol(摩耳，moles)；pmol(微微摩耳，picomole)；gm(公克，grams)；mg(毫克，milligrams)；μg(微克，micrograms)；ng(毫微克，nanograms)；L(公升，liters)；ml(毫升，milliliters)；μl(微升，microliters)；℃(攝氏度，degrees Centigrade)；RNA(核糖核酸，ribonucleic acid)；DNA(去氧核糖核酸，deoxyribonucleic acid)；dNTP(去氧核糖核苷三磷酸，deoxyribonucleotide triphosphate)；PBS(磷酸鹽緩衝液， phosphate buffered saline)；NaCl(氯化鈉，sodium chloride)；HEPES(N-2-羥乙基哌嗪-N-2-乙烷磺酸，N-2-hydroxyethylpiperazine-N-2-ethanesulfonic acid)；HBS(HEPES緩衝液，HEPES buffered saline)；SDS(十二烷基硫酸鈉，sodium dodecylsulfate)；Tris-HCl(三羥甲基胺基甲烷-氯化氫，tris-hydroxymethylaminomethane-hydrochloride)；ATCC(美國菌種保存中心，American Type Culture Collection，Rockville，MD)；hESC(人類胚胎幹細胞，human embryonic stem cells)；以及iPSC(誘發型多能性幹細胞，induced pluripotent stem cells)。
1. 微型核醣核酸(miRNA)的製造與分離，以及小干擾核糖核酸的合成
將預製的表現miR-302的反轉錄病毒載體pLenti-EF1alpha-RGFP-miR302(美洛生技，加州聖菲斯普林斯)導入由Zymo Research(加州爾灣)取得的岱塞爾陰性細胞內，並依製造商的建議培養。其中使用mirVanaTM微型核糖核酸分離工具(mirVanaTM miRNA isolation kit，Ambion，德州奧斯汀)，依據製造商的建議分離微型核糖核酸。分離出的RNAs(pri-/pre-miR-302)係溶於高壓滅菌的1倍TE緩衝液，並保存於-80℃直到使用。在HPLC的穩定性測試中，係自分離的RNA以Amicon Ultra-0.5mL 30K過濾管柱(Millipore，麻州比爾里卡)再收集一所需量，並再溶於高壓滅菌的生理食鹽水。在siR-302的製造上，係由Sigma-Genosys(密蘇里州聖路易)購得合成的miR-302擬物，其係含有兩Cy5.5標記的RNA序列：5’-Cy5.5-UAAGUGCUUC CAUGUUUUAG UGU-3’(SEQ.ID.NO.6)以及5’-Cy5.5-ACACUAAAAC AUGGAAGCAC UUA-3’(SEQ.ID.NO.7)。實驗時，係雜合SEQ.ID.NO.6與SEQ.ID.NO.7的RNA，形成siR-302。
2. 糖醇的甘胺醯化以及miRNA/shRNA/siRNA的製備
雖然糖/糖醇之甘胺醯化的天然機制尚未清楚，但發明人已 開發人工生成甘胺醯化糖醇及甘胺醯化糖的化學步驟與方法。首先，依使用的糖醇來源，預製含有濃度1.0M甘油、0.3M果糖，以及0.9%(w/v)氯化鈉的pH 2.5~8.0基本液。值得注意的是，汙染有鹼性物質的任何糖醇可能無法成功地甘胺醯化。接著，依據甘胺酸化糖醇/糖預期的最後濃度，加入有最終濃度達0.05~3.0M的甘胺酸至該預製的基本液中並混合。接著，將該加入有甘胺酸的溶液嚴格保持在中性至微酸性以及高於45℃條件當中；其中較佳為在75℃~175℃至少多於30分鐘的時間，且較佳約12~24小時。之後並可選地加入0.1M甘露醇，藉以吸收任何多餘的甘胺酸。溶液係進一步存放於至少高於45℃的溫度12~24小時。當終溶液的pH達到約6.0~7.0，則糖醇/糖的甘胺醯化完成，且該終溶液可用於配製並傳遞負電荷物質。該配製透過將甘胺醯化糖/糖醇與想要的核酸組成物混合而完成。其中甘胺醯化糖醇/糖與核酸組成物間透過靜電/電荷親合力包覆形成可由細胞藉主動內噬作用吸收的遞送複合物(圖7)。圖1A與1B為甘胺醯化反應的一示意圖，其中使用了甘油。
3. 人類細胞培養以及轉染
將購自Invitrogen的人類角質細胞以添加有人類角質細胞生長補充劑(HKGS,Invitrogen，加州卡爾斯巴德)的EpiLife無血清培養基、不加抗生素繼代培養。細胞係培養於37℃及5% CO2的環境。當細胞生長達50%~70%滿盤(confluency)時，則將細胞暴露在trypsin/EDTA溶液中1分鐘，再以含胰蛋白酶抑制劑的HBSS淋洗兩次。分離之細胞以1：5稀釋後，以含HKGS補充劑之EpiLife培養液繼代培養。另一方面，人類肝癌細胞株HepG2係取自美國菌種培養中心，並依廠商建議條件培養。在miRNA轉染方面，係將實施例1製備的pri-/pre-miR-302溶於0.1~1.0M的MGG/DGG/TGG溶液中，並達最多5~10mg/mL的期望濃度，再依需要的miRNA量加入到細胞培養基。舉例來說，若欲遞送200μg pri-/pre-miR-302，吾人需加入40μl溶於MGG/DGG/TGG的pri-/pre-miR-302(5mg/ml)至細胞培養基並與細胞混 合。由於MGG/DGG/TGG相當安全且無毒性，因此可以使用濃度0.1M的MGG/DGG/TGG，同時亦存在有需要的所有補充劑；此外，在至多48小時的培養時間當中，不出現任何反面效果。因此，就2-ml培養皿內的細胞而言，以0.1M MGG/DGG/TGG轉染的最大量miRNA/shRNA/siRNA估計約為10mg。此係指出本發明可達到先前報導的脂質體系及糖系遞送達不到的高效遞送水平。
4. 高效液相層析法(HPLC)分析
本發明採用逆向HPLC(reverse-phase HPLC)法分析miR-302及其前驅物(即pri-/pre-miR-302s)的純度及結構完整性。其中使用Ultimate 3000高效液相層析(HPLC)儀(Thermo Scientific)以及DNA Pac PA-100管柱(BioLC Semi-Prep 9x250mm)，並以3.6ml/min之流速執行HPLC的程序。起始緩衝液(starting buffer)為50mM的Tris-HCl(pH 7.6)，移動緩衝液(mobile buffer)為50mM的Tris-HCl(pH 7.6)以及500mM過氯酸鈉。以UV偵測儀於260nm的波長量測RNA及DNA訊號。結果表示於圖2A、2D及8。
5. 微型核糖核酸(miRNA)微陣列分析
在70%細胞滿盤下，使用mirVanaTM微型核糖核酸分離工具(mirVanaTM miRNA isolation kit，Ambion)自每一細胞培養物中分離小RNAs。使用1%甲醛-瓊脂凝膠電泳及光譜儀量測(Bio-Rad)來評估該等分離之小RNAs的純度及量，然後立刻以乾冰冷涷並送往LC Sciences(加州聖地牙哥)進行微型核糖核酸微陣列分析。每一微陣列晶片分別與以Cy3或Cy5標記之一單一樣本雜合，或是與以Cy3與Cy5標記之一對樣本雜合。接著進行背景相減(background subtraction)與正規化(normalization)。在一雙重樣本測驗方面，執行p值計算，差異表現超過3倍(黃-紅信號)的轉錄分子顯示於一列表。最後的微陣列分析結果表示於圖3A與3B，其中展示抽取自無處理角質細胞空白組別(3A)的RNA與抽取自有DGG/TGG介導之miR-302轉染的角質細胞組別(3B)RNA比 較的結果。
6. 活體內糖醇遞送之小干擾核糖核酸分布之生物顯像
為測試甘胺醯(酸)化糖醇包覆之核酸組合物的遞送效率以及毒性，吾人替每隻C57BL/6J品系小鼠靜脈注射200μg的合成siR-302，且該siR-302溶於200μl的濃度1M DGG/TGG溶液(請參考實施例1)。注射後約24小時，吾人犧牲兩隻小鼠並觀察由DGG/TGG遞送之siR-302在生物體內分布的情形。由於siR-302分子以紅外線染劑Cy5.5標記，吾人因此可直接以生物影像系統及/或在螢光顯微鏡下觀察小鼠組織切片的螢光訊號，觀察其於活體內分布的情形。結果示於圖5。
7. 統計分析
任何超過75%的訊號強度變化即被視為一陽性結果，該等結果被分析後以平均值±標準差(mean±SE)來表示。資料之統計分析係以單因子變異數分析(one-way ANOVA)來計算。當主要效應顯著時，使用杜納的事後比較(Dunnett’s post-hoc test)來鑑別與控制組有顯著差異之群。在兩處理組之間進行配對比較時，使用雙尾司徒頓t檢驗(two-tailed student t test)。對於包含超過兩處理組之實驗，則在ANOVA後進行一事後多變域測驗(post-hoc multiple range test)。機率值p<0.05被認為是具有統計上的意義。所有p值係由雙尾檢定來決定。
文獻
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序列表
(1)一般資訊：
(iii)序列數：7
(2)SEQ ID NO：1的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：720鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：雙鏈
(D)拓撲結構：多夾
(ii)分子類型：去氧核糖核酸
(A)描述：/desc="天然的"
(iii)假定的：不是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：1：
Figure 104124441-A0202-12-0030-2
Figure 104124441-A0202-12-0031-3
(3)SEQ ID NO：2的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：69鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：夾樣
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="天然的"
(iii)假定的：不是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：2：
Figure 104124441-A0202-12-0031-35
(4)SEQ ID NO：3的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：73鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：夾樣
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="天然的"
(iii)假定的：不是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：3：
Figure 104124441-A0202-12-0032-6
(5)SEQ ID NO：4的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：68鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：夾樣
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="天然的"
(iii)假定的：不是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：4：
Figure 104124441-A0202-12-0032-7
(6)SEQ ID NO：5的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：68鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：夾樣
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="天然的"
(iii)假定的：不是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：5：
Figure 104124441-A0202-12-0033-8
(7)SEQ ID NO：6的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：23鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：直線
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="合成的"
(iii)假定的：是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：6：
Figure 104124441-A0202-12-0033-37
(8)SEQ ID NO：7的信息：
(i)序列特徵：
(A)長度：23鹼基對
(B)類型：核酸
(C)鏈型：單鏈
(D)拓撲結構：直線
(ii)分子類型：核糖核酸
(A)描述：/desc="合成的"
(iii)假定的：是
(iv)反義：不是
(xi)序列描述：SEQ ID NO：7：
Figure 104124441-A0202-12-0033-38
<110> Lin,Shi-Lung林希龍 Lin,Yi-Wen林怡彣
<120> 用於生物體內及體外遞送核酸系藥物之新穎糖醇系組成物/Novel Sugar Alcohol-Based Comnositions for Delivering Nucleic Acid-Based Drugs In Vivo and In Vitro
<130> 14P044001TWA00
<150> PCT/US2014/050114
<151> 2014-08-07
<160> 7
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 720
<212> DNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 1
Figure 104124441-A0202-12-0034-11
<210> 2
<211> 69
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 2
Figure 104124441-A0202-12-0035-12
<210> 3
<211> 73
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 3
Figure 104124441-A0202-12-0035-13
<210> 4
<211> 68
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 4
Figure 104124441-A0202-12-0035-14
<210> 5
<211> 68
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 5
Figure 104124441-A0202-12-0035-15
<210> 6
<211> 23
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 6
Figure 104124441-A0202-12-0036-16
<210> 7
<211> 23
<212> RNA
<213> 人造序列
<220>
<223> 化學合成
<400> 7
Figure 104124441-A0202-12-0036-17
Figure 104124441-A0202-11-0003-1
三甘胺醯甘油

Claims (30)

  1. 一種供於生物體外及體內遞送至哺乳類動物之細胞的遞送複合物之配製方法，其包含：(a)準備至少一核酸組成物，且其中該核酸組成物帶有至少一負電荷；(b)準備至少一糖或糖醇組合物，該糖或糖醇組合物係為糖或糖醇經甘胺醯化修飾而形成；其中該糖醇為甘油，而該糖為果糖；(c)使該核酸組成物與該糖或糖醇組合物在一條件下混合而形成至少一遞送複合物，且該條件為小於8.0的pH值。
  2. 如請求項1所述之配製方法，其中該核酸組成物為核糖核酸或去氧核糖核酸。
  3. 如請求項2所述之配製方法，其中該核酸組成物選自由微型核糖核酸、微型核糖核酸前驅物、小髮夾核糖核酸、小干擾核糖核酸、核酶、反義核糖核酸、反義去氧核糖核酸、核糖核酸與去氧核糖核酸之雜合體、去氧核糖核酸載體、去氧核糖核酸疫苗及其組合所組成的群組。
  4. 如請求項1所述之配製方法，其中該糖或糖醇組合物包含雙甘胺醯甘油與三甘胺醯甘油酯之一混合。
  5. 如請求項1所述之配製方法，其中該糖或糖醇組合物帶正電。
  6. 如請求項1所述之配製方法，其中該糖或糖醇組合物進一步存在於一溶液中且具有0.1μM至10M的濃度範圍。
  7. 如請求項1所述之配製方法，其中該核酸組成物在該糖或糖醇組合物中的最大溶解度達15mg/mL。
  8. 如請求項1所述之配製方法，其中該糖或糖醇組合物保護該核酸組成物免於降解。
  9. 如請求項1所述之配製方法，其中該糖或糖醇組合物提高該核酸組成物於生物體外或體內遞送至哺乳類動物之細胞的效率。
  10. 如請求項1所述之配製方法，其中該條件為介於2.5及7.0之pH值。
  11. 如請求項1所述之配製方法，其中該遞送複合物透過該糖或糖醇組合物以及該核酸組成物間的離子親合力或靜電親和力所形成。
  12. 如請求項1所述之配製方法，其中該遞送複合物可用於化妝品、藥學以及治療的應用。
  13. 如請求項1所述之配製方法，其中該甘胺醯化為一化學反應，在該化學反應中該糖或該糖醇的至少一烴基由來自甘胺酸或甘胺醯胺基酸的至少一甘胺醯基取代。
  14. 一種用於生物體外及體內遞送核酸的配方組合物，包含具有烴基之至少一糖或糖醇、具有甘胺醯基結構之至少一胺基酸、以及至少一核酸組成物的一混合物，其中該混合物進一步包含至少一甘胺醯化糖或甘胺醯化糖醇，該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇與該核酸組成物透過離子或靜電親和力相互作用且在低於8.0的pH值形成遞送複合物，其中，該糖醇為甘油，而該糖為果糖。
  15. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯基結構為甘胺酸或甘胺醯胺基酸的甘胺醯基。
  16. 如請求項14所述之配方組合物，其中該核酸組成物為核糖核酸或去氧核糖核酸。
  17. 如請求項16所述之配方組合物，其中該核酸組成物選自由微型核糖核酸、微型核糖核酸前驅物、小髮夾核糖核酸、小干擾核糖核酸、核酶、反義核糖核酸、反義去氧核糖核酸、核糖核酸與去氧核糖核酸之雜合體、去氧核糖核酸載體、去氧核糖核酸疫苗及其組合所組成的群組。
  18. 如請求項14所述之配方組合物，進一步以一溶液形式存在且包含濃度0.3M的果糖以及0.9%(w/v)的氯化鈉。
  19. 如請求項14所述之配方組合物，其中該混合物進一步以一溶液形式存在且pH值低於8.0。
  20. 如請求項19所述之配方組合物，其中該pH值為pH 6.0至7.0。
  21. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇透過甘胺醯化反應形成。
  22. 如請求項21所述之配方組合物，其中當該甘胺醯化反應發生，該糖或該糖醇的至少一烴基由來自該胺基酸的至少一甘胺醯基取代。
  23. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇選自由單甘胺醯甘油、雙甘胺醯甘油、以及三甘胺醯甘油酯所組成的群組。
  24. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇的濃度在0.1μM至10M的範圍。
  25. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇帶正電。
  26. 如請求項14所述之配方組合物，其中該核酸組成物帶負電。
  27. 如請求項14所述之配方組合物，其中該核酸組成物在含有該混合物之一溶液中的最大溶解度達15mg/mL。
  28. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇避免該核酸組成物降解。
  29. 如請求項14所述之配方組合物，其中該甘胺醯化糖或該甘胺醯化糖醇提高該核酸組成物於生物體外或體內遞送至哺乳類動物之細胞的效率。
  30. 如請求項14所述之配方組合物，其中該遞送複合物可用於化妝品、藥學以及治療的應用。
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