WO2004082720A1 - 血友病治療用薬剤及びそれを用いた血友病治療方法 - Google Patents

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hemophilia
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Masakazu Ueda
Shunichi Kuroda
Katsuyuki Tanizawa
Masaharu Senoo
Akihiko Kondo
Thierry Vandendriessche
Marinee Chuah
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Beacle Inc.
Vib (Vlaams Interuniversitair Instituut Voor Biotechnologie) Vzw
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Definitions

  • the present invention relates to a drug for treating hemophilia using hollow nanoparticles and a method for treating hemophilia using the same.
  • the present invention relates to a drug containing a cell-introducing substance for the treatment of hemophilia inside particles, capable of specifically introducing the cell-introducing substance into cells, and a method for treating hemophilia using the same.
  • Methods for introducing a gene into cells include a method of converting the gene into a macromolecule and incorporating the gene by endocytosis (calcium phosphate method, lipofectamine method), and perforating the cell membrane by stimulation with electric pulses.
  • Child Methods for introduction are known, and these methods are commonly used in molecular biological experiments today. Although these methods are simple, they cannot be easily applied to cells and tissues inside a living body because they require direct physical damage to the cells and surgical exposure of the gene transfer site. Also, it is difficult to obtain an introduction rate close to 100%.
  • a ribosome method is known as a highly safe substance introduction method. Since this method does not damage cells, it can be applied to cells and tissues inside a living body. However, it is difficult to impart a high degree of cell and tissue specificity to ribosomes, which are simple lipids, and the gene transfer rate in vivo is much lower than required. .
  • hemophilia is a hereditary disease mainly caused by bleeding due to a deficiency of blood coagulation factors.
  • Blood clotting factor VIII (antihemophilic factor) deficiency is hemophilia A
  • blood clotting factor IX (Christmas factor) deficiency is hemophilia B. Both are on the X chromosome. It is caused by a genetic abnormality in factor VIII (IX).
  • gene transfer using such a virus DNA has a serious problem that the virus non-specifically infects a wide range of cells and the gene is transferred to cells other than the target cells.
  • the viral genome itself can be integrated into the chromosome, causing unforeseen side effects in the future.
  • this factor VIII is expressed in the liver, e.g. by portal vein administration or by specific transcription of the factor VIII coding sequence and tissue type. Be done It is necessary to link with the control sequence.
  • the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2001-31616 98 that hollow hollow particles in which a biorecognition molecule is introduced into a protein having particle forming ability, It proposes a method for specifically and safely transporting and introducing substances (genes, proteins, compounds, etc.) into cells and tissues.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it is possible to efficiently introduce a gene of a blood coagulation factor into hepatocytes by a simple method and to reduce side effects.
  • An object of the present invention is to provide a drug for treating hemophilia, which has extremely low concern, and a method for treating hemophilia using the same.
  • the present inventors have conducted intensive studies and found that human hepatitis B virus surface antigen particles containing genes for blood coagulation factors VIII and IX were injected intravenously into experimental animals transplanted with human liver cancer cells.
  • the present inventors have found that a gene is specifically introduced into a liver-derived tissue portion to express a blood coagulation factor, which has an effect of treating hemophilia, thereby completing the present invention.
  • the drug for treating hemophilia according to the present invention is a drug in which a hollow nanoparticle composed of a protein having particle forming ability contains a gene for treating hemophilia.
  • the agent for treating hemophilia according to the present invention includes a gene for treating hemophilia in a hollow nanoparticle in which a biorecognition molecule is introduced into a protein particle obtained by expressing a protein in a eukaryotic cell. It has been done.
  • hepatitis B virus surface antigen protein When expressed in eukaryotic cells, this protein is expressed as a membrane protein on the endoplasmic reticulum membrane, accumulated, and released as particles.
  • the hollow nanoparticles obtained in this way recognize hepatocytes and specifically Can express the gene specifically in hepatocytes by including a gene for the treatment of hemophilia, specifically blood coagulation factor VIII or IX. Can be done.
  • the drug for treating hemophilia according to the present invention can effectively treat hemophilia by a simple method such as intravenous injection, has a very low risk of side effects, and is clinically applicable as it is.
  • the method for treating hemophilia according to the present invention is for treating hemophilia by administering the therapeutic agent for treating hemophilia according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing each protein region of the HBsAg gene in an example of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory view illustrating the operation of expressing and purifying HBsAg particles using the recombinant yeast in Examples of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the expression effect of blood coagulation factor VIII by HBsAg particles containing the hFVIII gene in Examples of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the expression effect of blood coagulation factor IX by HBsAg particles containing the hFIX gene in Examples of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The hollow nanoparticles according to the present embodiment are specific to any cell or tissue, for example, a hepatocyte or liver tissue by introducing a biorecognition molecule into a protein capable of forming particles. It makes it possible to deliver genes encoding blood coagulation factors VIII and IX. As such a protein having particle forming ability, subviral particles obtained from various viruses can be applied. Specifically Indicates a hepatitis B virus (HBV) surface antigen protein and the like.
  • HBV hepatitis B virus
  • examples of protein particles composed of protein having such particle forming ability include those obtained by expressing a protein in eukaryotic cells.
  • a protein capable of forming particles when expressed in eukaryotic cells, the protein is expressed and accumulated as a membrane protein on the endoplasmic reticulum membrane, and released as particles.
  • yeast, genetically modified yeast, insect cells, animal cells, etc. can be applied as eukaryotic cells.
  • the present inventors express the HBV surface antigen L protein in a genetically modified yeast, thereby obtaining a yeast-derived lipid bilayer from the expressed HBV surface antigen L protein. And found that oval hollow particles with a minor axis of about 20 nm and a major axis of about 150 nm were formed in which many of the proteins were embedded (J. Bio. Chem., Vol. 267, No. 3, 1953-1961, 1992). Since such particles do not contain any HBV genome or HBV protein, they do not function as viruses and are extremely safe for the human body. In addition, since the hepatocyte-specific receptor responsible for the extremely high infectivity of HBV to hepatocytes is displayed on the particle surface, it is also highly effective as a carrier that specifically transports substances to hepatocytes. .
  • Such a method of forming protein particles using genetically modified yeast is suitable in that particles are produced with high efficiency from soluble proteins in bacterial cells.
  • insect cells and animal cells are eukaryotic cells that are closer to higher animals than yeast, and are capable of reproducing higher-order structures such as sugar chains that yeast cannot reproduce.
  • the conventional insect cell system used baculovirus, which involved virus expression, so that cells were killed or lysed during protein expression.
  • the protein is continuously expressed or the protein is degraded by a protease released from dead cells.
  • purification of the protein was difficult due to the large amount of fetal calf serum contained in the medium.
  • a baculovirus-free insect cell system capable of serum-free culture has been developed and marketed by Invitrogen.
  • the receptor surface of the particle surface obtained by the various methods as described above to an arbitrary biorecognition molecule, it can be applied to any cells and tissues other than the hepatocytes. It is possible to transport and introduce substances with extremely high specificity.
  • the protein having the particle form performance is not limited to the above-mentioned hepatitis B virus surface antigen protein, but may be any protein as long as it can form particles.
  • Natural proteins derived from plant cells, viruses, fungi, etc., and various synthetic proteins are considered.
  • a modified one having reduced antigenicity may be used as a biorecognition molecule.
  • Biorecognition molecules to be introduced into proteins having particle forming ability include, for example, cell function regulatory molecules such as growth factors and cytokins, cell surface antigens, tissue-specific antigens, and cells and tissues such as receptors.
  • molecules derived from viruses, microorganisms, antibodies, sugar chains, and lipids are preferably used. These are appropriately selected depending on the target cell or tissue.
  • hemophilia is obtained by incorporating the above-mentioned hollow nanoparticles into genes encoding blood coagulation factors VIII and IX to be introduced into any cell or tissue, for example, liver cells or liver tissue.
  • a substance carrier for treating and treating diseases is obtained.
  • various methods used in ordinary chemical and molecular biological experimental techniques are applied. For example, an election port method, an ultrasonic method, a simple diffusion method, a method using a charged lipid, and the like are preferably exemplified.
  • the effects of the drug of the present invention were actually confirmed by animal experiments, as shown in the Examples below.
  • the agent of the present invention containing a gene encoding blood coagulation factor VIII (IX) to a nude mouse transplanted with cells derived from human liver cancer, serum VIII (IX)
  • the expression level was confirmed by measuring the expression level.
  • the drug was administered by intravenous administration.
  • Other methods of administration include oral administration, intramuscular administration, intraperitoneal administration, and subcutaneous administration.
  • HBsAg indicates Hepatitis B virus surface Antigen.
  • HB s Ag is a coat protein of HBV, and as shown in the schematic diagram of FIG. 1, there are three types of HB s Ag: S protein, M protein, and L protein.
  • S protein is an important coat protein common to three types of proteins, and M protein has a 55-amino acid pre-S 2-peptide added to the N-terminal side of S protein. Things.
  • the L protein is obtained by adding a pre-S1 peptide consisting of 108 or 119 amino acids to the N-terminal side of the M protein.
  • the nucleotide sequence of this L protein is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2.
  • the pre-S1 region of the HB s Ag L protein has a site that directly binds to hepatocytes.
  • HBV is known to play an important role in binding to hepatocytes (Cell, Vol. 46, 429-436, 1986; J. of Virol., Vol. 73, 2052-2057). , 1 999).
  • HBsAg When HBsAg is expressed in eukaryotic cells, the protein is expressed and accumulated as a membrane protein on the endoplasmic reticulum membrane.
  • the HBsAg L protein undergoes intermolecular aggregation and is released as particles into the rumen in a budding manner while taking up the endoplasmic reticulum membrane.
  • FIG. 2 shows a schematic explanatory diagram of the expression and purification operations of HBsAg particles described in the following Examples.
  • a recombinant yeast strain Sacharomyces Cerevisiae AH22R- strain harboring the L protein expression plasmid pGLDLIIP39-RcT was cultured in synthetic mediums Higli-Pi and 8S5N-P400.
  • the L protein particles were expressed ( Figures 2a, b). From the genetically modified yeast in the stationary growth phase (after about 72 hours), prepare whole cell extract using Yeast Protein Extraction Reagent (manufactured by Pierce Chemical Co.), and prepare sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide. The samples were separated by gel electrophoresis (SDS-PAGE), and HBsAg in the samples was identified by silver staining. This revealed that HBsAg was a protein having a molecular weight of about 52 kDa.
  • the recombinant yeast (wet weight 26 g) cultured in the synthetic medium 8S5N-P400 was added to a buffer A solution (7.5 M urea, 0.1 M sodium phosphate (pH 7 2), 15 mM EDTA, 2 mM PMS F, 0.1% Tween80), and suspended in 10 Om1.
  • the yeast was disrupted using glass peas in a bead-beader (BEAD-BEATER). After crushing, the supernatant was collected by centrifugation (Fig. 2c, d).
  • the HBsAg particles obtained in (5) were incubated at 37 for 12 hours, followed by SDS-PAGE, and identification by silver staining. As a result, it was confirmed that protease from yeast was completely removed in a series of purification steps.
  • HBsAg particles prepared by the above method as a gene for treating hemophilia. Then, HBsAg particles containing the hFVIII (hFIX) gene as the agent of the present invention were produced.
  • the hFVIII gene and the hFIX gene were encapsulated in the HBsAg particles.
  • cPPT. Alb. FIX. Wpre Human Gene Therapy, Vol. 13, 243-260, 2002 was used as the expression vector.
  • HBsAg particles containing the hFVIII (hFIX) gene were produced. Specifically, 20 ag of the above-mentioned expression vector was introduced into 100 g of L protein particles in HBsAg particles dissolved in 500 1 of 83 (pH 7.2). In addition, at this time, electroporation was performed using a 4 mm cuvette at 50 V and 750 F by a Gene Pulser II electroporation system (manufactured by Bio-Rad).
  • HBsAg particles containing the hFVIII (hFIX) gene expression vector were administered to the above tumor-bearing mice through the tail vein, and blood coagulation factor VII I (IX) in plasma was administered. The amount was measured over time by Enzymimnoassay (ELISA).
  • the ELISA was performed using Asserachom VIIIC: Ag kit and Asserachom IX: Ag kit (manufactured by Diagnostics Stago), which are specific to factor VIII and factor IX, respectively.
  • a tumor-bearing mouse obtained by administering 1 ⁇ 10 7 human colon cancer-derived cells WiDr was used, and blood coagulation factor VIII (IX) The amount was measured.
  • FIG. 3 shows changes in the ratio (%) of the measured amount of blood coagulation factor VIII in plasma to the amount of blood coagulation factor VIII in the positive control plasma of the above kit.
  • Fig. 4 shows changes in the concentration of blood coagulation factor IX in plasma.
  • Figs. 3 and 4 there was no change over time in the negative control, whereas in mice to which human liver-derived tumor cells (Nue) were administered, the blood was passed after about 10 days.
  • Expression of coagulation factors VIII and IX has been observed, reaching expression levels (Cur. Gene Therapy, Vol. 1, 301-305, 2001) that improve "severe" human patients to "moderate” did. Thereafter, this level was maintained for at least one month, and decreased after about 40 days. This decrease in expression is thought to be due to necrosis of cancer derived from tumor cells (Nue).
  • the HBsAg particles containing the hFVIII (hFIX) gene as a drug in the present embodiment are capable of gene transfer with extremely high specificity and efficiency to human hepatocytes. It has been confirmed that there is actually a therapeutic effect on hemophilia. In addition, this experiment successfully established a protocol for treating hemophilia with the HBsAg particles containing the hFVIII (hFIX) gene in experimental animals.
  • pRRLsinPPTCMVFVIIIpre pRLs inPPTAlbFIXpre
  • hFIX hFVIII
  • the present invention is not limited thereto. , Vol. 1, 301-305, 2001.
  • the light chain and heavy chain of blood coagulation factor VIII may be incorporated into separate vectors, and blood coagulation factor VIII lacking the B domain may be incorporated into the vector.
  • the same effect can be obtained.
  • the drug for the treatment of hemophilia according to the present invention described above can effectively treat hemophilia by a simple method of intravenous injection, has a very low risk of side effects, and is clinically applicable as it is. It can be used.

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Abstract

粒子形成能を有するタンパク質、例えばB型肝炎ウィルス表面抗原タンパク質を真核細胞中で発現させることにより得られた中空ナノ粒子に、血友病治療用の血液凝固第VIII(IX)因子の遺伝子を包含させるという簡便な方法により、血液凝固因子の遺伝子を肝細胞に効率的に導入することができると共に副作用の心配も極めて低い薬剤を得る。

Description

明細書 血友病治療用薬剤及びそれを用いた血友病治療方法 技術分野 本発明は、 中空ナノ粒子を用いる血友病治療用薬剤及びそれを用いた血友病治 療方法に関し、 より詳細には、 粒子内部に血友病治療用の細胞導入物質を包含し、 この細胞導入物質を細胞内に特異的に導入可能な薬剤及びそれを用いた血友病治 療方法に関する。
本出願は、 日本国において 2 0 0 3年 3月 1 7日に出願された日本特許出願番 号 2 0 0 3— 0 7 1 7 8 8を基礎として優先権を主張するものであり、 この出願 は参照することにより-, 本出願に援用される。 背景技術 近年、 医学の分野において、 患部に直接作用し、 高い効果を示す副作用の少な い薬品の開発が盛んに行われている。 特に、 ドラッグデリバリーシステム (D D S ) と呼ばれる方法は、 目的細胞や目的組織に対して特異的に薬剤等の有効成分 を運搬し、 目的箇所で有効成分を作用させることのできる方法として注目されて いる。
また、 最近の分子細胞生物学の分野においても、 特定細胞への遣伝子導入は必 要不可欠な技術として盛んに研究されている。 さらに、 ヒトゲノム計画の進展に より各種疾患の遺伝的な背景が明らかになりつつある現在、 このような細胞、 組 織に対する特異性の高い遺伝子導入法が確立されれば、 遺伝子治療の分野での応 用も可能となる。 +
細胞に遺伝子を導入する方法としては、 これまでに、 遺伝子を巨大分子化して エンドサイトーシスによって遺伝子を取り込ませる方法 (リン酸カルシウム法、 リポフエクタミン法) や、 電気パルス刺激により細胞膜に穿孔を開け、 遗伝子を 導入させる方法 (エレクトロボレ一シヨン法、 遺伝子銃法) が知られており、 何 れも今日では、 分子生物学的実験において一般的に実施されている方法である。 これらの方法は簡便であるが、 細胞を直接、 物理的に傷つけ、 遺伝子導入部位 を外科的に露出させる必要があるため、 生体内部の細胞や組織には容易に適用で きない。 また、 100 %近い導入率を得ることは難しい。
一方、 安全性の高い物質導入方法としてはリボソーム法が知られている。 この 方法は、 細胞を傷つけることがないため、 生体内部の細胞や組織にも適用するこ とが可能である。 しかしながら、 単純な脂質であるリボソームに高度な細胞及び 組織特異性を付与することは困難であり、 さらに、 in vivo での遺伝子導入率は、 要求される値に比べてはるかに低いという問題がある。
最近になって、 ウィルス DNAに目的の遺伝子を組み込み、 感染性ウィルスを 生成して遗伝子導入を行う技術が開発された。 この方法は導入部位を露出する必 要がなく . 個体にも応用でき、 導入効率も 1 00 %近いため, 各種遺伝性疾患や 後天性疾患に対する造伝子治療のための画期的な方法として注目されている。 例えば、 血友病は血液凝固因子の欠乏により出血を主徵とする遺伝性疾患であ る。 このうち血液凝固第 VIII因子 (抗血友病因子) の欠乏症が血友病 A、 血液凝 固第 IX因子 (クリスマス因子) の欠乏症が血友病 Bであり . 両者とも X染色体上 にある第 VIII (IX) 因子の遺伝子異常が原因とされる。 一般に, このような血 友病患者に対しては、 第 VIII (IX) 因子製剤の静脈内投与による補充療法が行 われるが、 生理的レベルに近い量の凝固因子を恒常的に発現させるために、 例え ば日本公表特許公報 2002 - 527493号では、 第 VIII因子をコ一ドする配 列を含むアデノ随伴ベクターを作製し、 これを血友病 Aの患者に投与する技術が 提案されている。
しかしながら、 このようなウィルス DN Aを用いた遺伝子導入では、 ウィルス が広範囲の細胞に非特異的に感染するため目的の細胞以外にも遺伝子が導入され てしまうという重大な問題がある。 また、 ウィルスゲノム本体が染色体に組み込 まれ、 将来予期できぬ副作用を引き起こす可能性がある。 さらに、 細胞及び組織 特異性がないため、 この第 VIII因子を肝臓で発現させるた.めには、 例えば門脈投 与するか、 又は第 VIII因子をコードする配列と組織型により特異的に転写される 制御配列とを連結する必要がある。
一方、 本件発明者らは、 日本公開特許公報 2 0 0 1— 3 1 6 2 9 8号において、 粒子形成能を有する蛋白質に生体認識分子が導入された中空ナノ粒子を用いて、 目的とする細胞や組織に、 物質 (遺伝子、 タンパク質、 化合物等) を特異的且つ 安全に運搬、 導入するための方法を提案している。
この日本公開特許公報 2 0 0 1 - 3 1 6 2 9 8号に記載の技術によれば、 中空 ナノ粒子により種々の物質を運搬する とができるが、 この方法を用いる特定疾 患、 例えば血友病に対する治療薬の開発がさらなる課題となっていた。 発明の開示 本発明は、 このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、 簡便な方法 により血液凝固因子の遗伝子を肝細胞に効率的に導入することができると共に、 副作用の心配も極めて低い血友病治療用薬剤、 及びそれを用いた血友病治療方法 を提供することを目的とする。
本件発明者らは、 鋭意検討を重ねた結果、 ヒト肝臓癌細胞を移植した実験動物 に 血液凝固第 V I I I、 第 I X因子の遺伝子を包含した B型肝炎ウィルス表面抗原 粒子を静脈注射することにより ヒト肝臓由来組織部分に特異的に造伝子が導入 されて血液凝固因子を発現し、 血友病を治療する効果があることを見出し、 本発 明を完成させるに至った。
すなわち、 本発明に係る血友病治療用薬剤は、 粒子形成能を有するタンパク質 からなる中空ナノ粒子に、 血友病治療用の造伝子が包含されてなるものである。 また、 本発明に係る血友病治療用薬剤は、 真核細胞でタンパク質を発現させて 得られるタンパク質粒子に生体認識分子が導入された中空ナノ粒子に、 血友病治 療用の遺伝子が包含されてなるものである。
粒子を形成する上記タンパク質としては、 例えば B型肝炎ウィルス表面抗原タ ンパク質を挙げることができる。 このタンパク質は、 真核細胞で発現させると、 小胞体膜上に膜タンパク質として発現、 蓄積され、 粒子として放出される。 こう して得られた中空ナノ粒子は、 肝細胞を認識し、 肝細胞に対して特異的に粒子内 の物質を運搬することができるので、 血友病治療用の遺伝子、 具体的には血液凝 固第 VIII因子又は血液凝固第 IX因子を包含させることにより、 肝細胞において 特異的にその遺伝子を発現させることができる。
本発明に係る血友病治療用薬剤は、 静脈注射という簡便な方法で血友病を効果 的に治療することができ、 副作用の心配も極めて低く、 そのまま臨床応用可能な ものである。
また、 本発明に係る血友病治療方法は、 本発明に係る血友病治療用薬剤を投与 することにより血友病を治療するものである。
本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下に説明 される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の実施例における HB s A g遺伝子の各夕ンパク質領域を表す 概略模式図である。
図 2は、 本発明の実施例における遺伝子組換え酵母を用いた HB s Ag粒子の 発現及び精製操作を例示した概略説明図である。
図 3は、 本発明の実施例における h F VIII遺伝子を包含した HB s A g粒子に よる血液凝固第 VIII因子の発現効果を示す図である。
図 4は、 本発明の実施例における h FIX遺伝子を包含した HB s A g粒子によ る血液凝固第 IX因子の発現効果を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 本実施の形態における中空ナノ粒子は、 粒子形成能を有するタンパク質に生体 認識分子を導入することによって、 任意の細胞或いは組織、 例えば肝細胞、 肝組 織に特異的に血液凝固第 VIII、 第 IX因子をコードする遺伝子を運搬することを 可能とするものである。 このような粒子形成能を有するタンパク質としては、 種 々のウィルスから得られるサブウィルス粒子を適用することができる。 具体的に は、 B型肝炎ウィルス (Hepat i t i s B Vi rus; H B V ) 表面抗原タンパク質等が例 示される。
また、 このような粒子形成能を有する夕ンパク質からなるタンパク質粒子とし ては、 真核細胞でタンパク質を発現させることにより得られるものが挙げられる。 つまり、 真核細胞で粒子形成能を有するタンパク質を発現させると、 同タンパク 質は、 小胞体膜上に膜タンパク質として発現、 蓄積され、 粒子として放出される。 このとき、 真核細胞としては、 酵母や遺伝子組換え酵母、 昆虫細胞、 動物細胞等 が適用できる。
本件発明者らは、 後述の実施例に示す通り、 遺伝子組換え酵母で前記 H B V表 面抗原 Lタンパク質を発現させることにより、 発現された H B V表面抗原 Lタン パク質から酵母由来の脂質二重膜に多数の同タンパク質が埋め込まれた短径約 2 0 n m, 長径約 1 5 0 n mの楕円状中空粒子が形成されることを見出し、 報告し ている ( J. B io. Chem. , Vol. 267, No. 3, 1953-1961, 1992) 。 このような粒子は, H B Vゲノムや H B Vタンパク質を全く含まないので、 ウィルスとしては機能せ ず、 人体への安全性が極めて高い。 また、 H B Vの肝細胞への極めて高い感染力 を担う肝細胞特異的レセプ夕一を粒子表面に提示しているため、 肝細胞に対して 特異的に物質を運搬する運搬体としての効果も高い。
このように遺伝子組換え酵母を用いてタンパク質粒子を形成する方法は、 菌体 内の可溶性タンパク質から高効率で粒子が生産される点で好適である。
一方、 昆虫細胞や動物細胞は、 酵母よりも高等動物に近い真核細胞であるとい え、 酵母では再現しきれない糖鎖等の高次構造をも再現できる点で異種タンパク 質の大量生産において好ましい方法といえる。 従来の昆虫細胞の系はバキュロウ ィルスを用いた系で、 ウィルス発現を伴うものであったために、 タンパク質発現 に際して細胞が死滅したり溶解したりした。 その結果、 タンパク質発現を連続的 に行ったり、 死滅細胞から遊離したプロテアーゼによりタンパク質が分解したり するという問題があった。 また、 タンパク質を分泌発現させる場合には、 培地中 に含まれる牛胎仔血清が大量に混入することで、 その精製が困難であった。 しか し、 最近になって、 バキュロウィルスを介さない昆虫細胞系で、 無血清培養可能 なものがインビトロゲン (Invi trogen) 社により開発され、 市販されている。 し え、 酵母では再現しきれない糖鎖等の高次構造をも再現できる点で異種タンパク 質の大量生産において好ましい方法といえる。 従来の昆虫細胞の系はバキュロウ ィルスを用いた系で、 ウィルス発現を伴うものであったために、 タンパク質発現 に際して細胞が死滅したり溶解したりした。 その結果、 タンパク質発現を連続的 に行つたり、 死滅細胞から遊離したプロテアーゼにより夕ンパク質が分解したり するという問題があった。 また、 タンパク質を分泌発現させる場合には、 培地中 に含まれる牛胎仔血清が大量に混入することで、 その精製が困難であった。 しか し、 最近になって、 バキュロウィルスを介さない昆虫細胞系で、 無血清培養可能 なものがインピトロゲン (Inv i t rogen) 社により開発され、 市販されている。 し たがって、 このような昆虫細胞を用いれば、 精製が容易で高次構造をも再現され たタンパク質粒子が得られる。
本発明の中空ナノ粒子では、 以上のような種々の方法によって得られた粒子表 面のレセプ夕一を任意の生体認識分子に改変することにより、 肝細胞以外にも、 任意の細胞及び組織に極めて高い特異性で物質を運搬 導入することが可能とな る。
勿論、 粒子形性能を有するタンパク質は、 前記の B型肝炎ウィルス表面抗原夕 ンパク質に限られるものではなく、 粒子を形成することができるタンパク質であ れば、 どのようなものでもよく、 動物細胞、 植物細胞、 ウィルス、 菌類等に由来 する天然タンパク質や、 種々の合成タンパク質等が考慮される。 また、 例えばゥ ィルス由来の抗原タンパク質等が生体内において抗体を惹起する可能性がある場 合などは、 改変して抗原性を減少させたものを生体認識分子として用いてもよい。 粒子形成能を有するタンパク質に導入される生体認識分子としては、 例えば成 長因子、 サイト力イン等の細胞機能調節分子、 細胞表面抗原、 組織特異的抗原、 レセプ夕一などの細胞及び組織を識別するための分子、 ウィルス及び微生物に由 来する分子、 抗体、 糖鎖、 脂質などが好ましく用いられる。 これらは、 目的とす る細胞或いは組織に応じて適宜選択される。
本発明では、 以上のような中空ナノ粒子に、 任意の細胞又は組織、 例えば肝細 胞又は肝組織に導入したい血液凝固第 V I I I、 第 I X因子をコードする遺伝子を内 包させることによって、 血友病治療治療用の物質運搬体を得る。 この遺伝子を上記の中空ナノ粒子に導入する方法としては、 通常の化学的、 分 子生物学的実験手法で用いられる様々な方法が適用される。 例えば、 エレクト口 ポレーシヨン法、 超音波法、 単純拡散法、 或いは電荷を有する脂質を用いる方法 等が好ましく例示される。
そして、 これらの中空ナノ粒子、 或いは物質運搬体を用いて、 in vivo 或いは in vitro で細胞又は組織に特異的に物質を導入することが可能となる。 さらには、 中空ナノ粒子や物質運搬体を用いて、 特定細胞又は組織に物質を導入することを 各種疾患の治療法或いは治療法の 1ステップとして行うことも可能になる。
本発明の薬剤の効果については、 後述の実施例に示す通り、 動物実験により実 際に確認された。 この実施例では、 ヒト肝臓癌由来の細胞を移植したヌードマウ スに、 血液凝固第 VIII (IX) 因子をコードする遺伝子を包含した本発明の薬剤 を投与後、 血清中の第 VIII (IX) 因子の発現レベルを測定することによって確 認した。 薬剤の投与は静脈内投与により行ったが., 投与方法としては この他に 経口投与、 筋肉内投与、 腹腔内投与、 皮下投与等が挙げられる。
以下 本発明を適用した具体的な実施例について., 図面を参照しながら詳細に 説明するが、 本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、 添付の請求の範 囲及びその主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又はその同等のものを行 うことができることは当業者にとって明らかである。
実施例
以下の実施例において、 HB s Agとは、 B型肝炎ウィルス表面抗原 (Hepati tis B virus surface Antigen) を示す。 HB s Agは、 HBVの外被タンパク質 であり、 図 1の摸式図に示すように、 HB s Agには、 Sタンパク質、 Mタンパ ク質、 Lタンパク質の 3種類がある。 このうち、 Sタンパク質は、 3種のタンパ ク質に共通した、 重要な外被タンパク質であり、 Mタンパク質は、 Sタンパク質 の N末端側に 5 5アミノ酸からなる p r e— S 2ぺプチドが付加したものである。 また、 Lタンパク質は、 Mタンパク質の N末端側に、 1 0 8又は 1 1 9アミノ酸 からなる p r e— S 1ぺプチドが付加したものである。 この Lタンパク質の塩基 配列を配列番号 1に、 アミノ酸配列を配列番号 2に示す。
HB s Ag Lタンパク質の p r e— S 1領域は、 肝細胞に直接結合する部位を 持ち、 HBVが肝細胞に結合する際に、 それぞれ重要な役割を担うことが知られ ている (Cell, Vol.46, 429-436, 1986 ; J. of Virol. , Vol.73, 2052-2057, 1 999) 。
真核細胞で HB s Agを発現させると、 同タンパク質は、 小胞体膜上に膜タン パク質として発現、 蓄積される。 HB s A gの Lタンパク質は、 分子間で凝集を 起こし、 小胞体膜を取り込みながら、 出芽様式でルーメン側に粒子として放出さ れる。
以下の実施例では、 HB s Agの Lタンパク質を用いた。 また、 図 2に以下の 実施例に記載される HB s A g粒子の発現及び精製操作の概略説明図を示した。
実施例 1
遺伝子組換え酵母による HB s A g粒子の発現
本件発明者らによって報告された文献 「; T. Bio. Chem. , Vol.267, No.3, 1953-1
961, 1992」 記載の方法に基づいて Lタンパク質発現プラスミ ド pGLDLIIP39-Rc Tを保持した造伝子組換え酵母 (Saccharomyces Cerevisiae AH22R- 株) を、 合成 培地 Higli-Pi 及び 8S5N- P400 中で培養し、 Lタンパク質粒子を発現させた (図 2 a、 b) 。 定常成長期 (約 7 2時間後) にある遺伝子組換え酵母から、 Yeast Pr otein Extract ion Reagent (Pierce Chemical Co.製) を用レ て whole cell ex tract を準備し、 ドデシル硫酸ナトリウム一ポリアクリルアミ ドゲル電気泳動 (SDS-PAGE) により分離して、 銀染色によって試料中の HB s A gの同定を行つ た。 これにより、 H B s A gは分子量約 5 2 k D aのタンパク質であることが明 らかとなつた。
実施例 2
HB s A g粒子の遗伝子組換え酵母からの精製
(1) 合成培地 8 S 5 N— P 40 0で培養された遺伝子組換え酵母 (湿重量 2 6 g) を buffer A溶液 ( 7. 5 M 尿素、 0. 1 M リン酸ナトリウム (p H 7. 2) 、 1 5mM EDTA、 2 mM PMS F、 0. 1 % Tween80 ) 1 0 Om 1に 懸濁し、 グラスピーズを用いてビ一ドビー夕一 (BEAD-BEATER) にて酵母を破碎し た。 破砕後、 上清を遠心分離により回収した (図 2 c、 d) 。
(2) 次に、 上清を 0. 7 5倍容の 33 % (w/w) PEG 6 00 0と混合し、 30分間氷冷した。 その後、 遠心分離 (7 0 00 r pm、 3 0分間) を行い、 ぺ レットを回収した。 同ペレットは、 TweenSO を含まない buffer A溶液中で再懸濁 した。
(3) 再懸濁した液を、 1 0〜40 %の勾配をかけた C s C 1に重層し、 28 00 0 r pm、 1 6時間の超遠心分離を行った。 遠心分離後の試料を 1 2画分に 分け、 ウエスタンプロット法 (Western Blotting) ( 1次抗体は、 抗 HB s Ag モノクローナル抗体) により HB s A gを含む画分を同定した。 さらに、 HB s A gを含む画分を TweenSO を含まない buffer A溶液で透析した。
(4) ( 3 ) で得られた透析液 ( 1 2m l ) を 5〜 50 %の勾配をかけたショ 糖に重層し、 2 80 0 0 r pm、 1 6時間の超遠心分離を行った。 遠心分離後、
(3) と同様に、 HB s A gを含む画分を同定し、 HB s A gを含む画分を尿素 と Tween80 は含まず、 代わりに 0. 8 5 %の N a C 1 を含む buffer A溶液で透析 した ( (2) 〜 (4) : 図 2 e) 。
(5) (4) と同様の操作を繰り返し、 透析後の試料をウルトラフィルター (Ultra Filter) Q 20 0 0 (アドバンテック社製) を用いて濃縮し、 使用する 時まで 4 °Cにて冷蔵保存した (図 2 f ) 。 C s C 1平衡遠心分離後のウエスタン プロット (3) の結果から、 HB s Agは 分子量 52 k D aで S抗原性を有す るタンパク質であることが分かった。 最終的に、 培地 2. 5 L由来、 湿重量 26 gの菌体から、 約 24mgの精製 HB s A g粒子を得た。
一連の精製過程における画分を銀染色 S D S— PAGEで解析した。 また、 精 製により酵母由来のプロテア一ゼが除去されていることを確認するために、
(5) で得られた HB s A g粒子を 3 7でで 1 2時間インキュベートした後、 S D S— PAGEを行い、 銀染色により同定を行った。 その結果、 酵母由来のプロ テア一ゼは、 一連の精製過程において完全に除去されていることが確認された。
実施例 3
HB s Ag粒子への h F VIII、 h F I X遗伝子の封入 ( h F V 111、 h FIX遗 伝子を包含した HB s A g粒子の製造)
上記方法により作製した HB s A g粒子内へ、 血友病治療用遺伝子としてヒト 血液凝固第 VIII (IX) 因子をコードする遺伝子 (h FVIII、 h FIX) を封入 し、 本発明の薬剤としての h F VIII (h F IX) 遺伝子を包含した H B s A g粒 子を製造した。
本実施例では、 HB s A g粒子内へ h F VIII遺伝子及び h FIX遺伝子を封入 するため、 それぞれトリノ大学の L. Naldini 博士から恵与された pRRLsin. cPPT. C MV. FVIII. Wpre 及び pRRLsin. cPPT. Alb. FIX. Wpre (Human Gene Therapy, Vol.13, 243-260, 2002) を発現ベクターとして使用した。
この発現べクタ一をエレクトロポレーシヨン法により HB s A g粒子内に導入 することによって、 hFVIII (h F IX) 遺伝子が包含された H B s A g粒子を 作製した。 具体的には、 500 1の 83 (p H 7. 2) に溶解された HB s Ag粒子中の Lタンパク質粒子 100 gに対し、 上記発現べクタ一を 20 a g 導入した。 またこのとき、 エレクトロボレ一シヨンは、 Gene Pulser II electro poration system (Bio- Rad社製) により、 50V、 7 50 Fで 4 mmのキュべ ットを使用して行った。
実施例 4
ヒト肝臓癌を移植したヌードマウスに対する h F VIII (h FIX) 遺伝子包含 HB s A g粒子による血液凝固第 VIII (IX) 因子の発現効果
上記実施例により作製した h F VIII (h F IX) 遺伝子を包含する H B s A g 粒子による血液凝固第 VIII (IX) 因子の発現効果を実験動物により確認した。 本実施例では、 実験動物として日本クレアから購入したヌードマウス (Balb/c nu/nu、 メス 5週齢) の両側背部皮下に、 ヒト肝臓癌由来細胞 N u Eを 1 X 10 7個投与し、 直径 1 c m程度の固形癌になるまで約 5 , 6週間生育させ、 担癌マウ スを得た。
その後、 上記担癌マウスに、 約 20 gの hFVIII (h FIX) 遺伝子発現べ クタ一を包含する HB s A g粒子を尾静脈より投与し、 血漿中の血液凝固第 VII I (IX) 因子の量をェンザィムィムノアッセィ (ELISA) により継時的に測定した。
EL I SAは、 それぞれ第 VIII、 第 IX因子に特異的な Asserachom VIIIC: Ag kit, Asserachom IX: Ag kit (Diagnostics Stago社製) を使用して行った。
なお、 陰性対照としてはヒト大腸癌由来細胞 W i D rを 1 X 107個投与して得 た担癌マウスを用い、 上記と同様にして血漿中の血液凝固第 VIII (IX) 因子の 量を測定した。
測定した血漿中の血液凝固第 VIII因子量の、 上記キットの陽性対照血漿中の血 液凝固第 VIII因子量に対する割合 (%) の推移を図 3に示す。 また、 血漿中の血 液凝固第 IX因子の濃度推移を図 4に示す。 図 3, 4に示すように、 陰性対照では 継時的な変化は見られなかったのに対して、 ヒト肝臓由来の腫瘍細胞 (Nu e) を投与したマウスでは 10日前後経過してから血液凝固第 VIII、 第 IX因子の発 現が見られ、 「重度」 のヒト患者を 「中度」 に改善する程度の発現レベル (Cur. Gene Therapy, Vol.1, 301-305, 2001) に達した。 その後、 このレベルが少なく とも 1ヶ月維持され、 40日程度経過後に低下した。 この発現の低下は、 腫瘍細 胞 (N u e ) に由来する癌のネクロ一シスによるものと考えられる。
このように、 本実施の形態における薬剤としての h F VIII (h F IX) 遗伝子 包含 HB s Ag粒子は、 ヒト肝細胞に対して極めて高い特異性と効率で遺伝子導 入が可能であり 血友病に対して実際に治療効果があることが確認された。 また 本実験により、 上記 h F VIII (h FIX) 遺伝子包含 H B s A g粒子による血友 病治療のためのプロトコールを実験動物で確立することができた。
なお、 上述した実施例では、 h F VIII (h FIX) 遺伝子を発現するべクタ一 として pRRLsinPPTCMVFVIIIpre (p RLs inPPTAlbFIXpre) を使用したが、 これに限 定されるものではなく、 例えば文献 rcur. Gene Therapy, Vol.1, 301-305, 200 1」 に記載されているような種々のべクタ一を利用することができる。 また、 例え ば血液凝固第 V I II因子の軽鎖と重鎖とを別々のべクタ一に組み込むようにしても よく、 Bドメインを欠失させた血液凝固第 VIII因子をベクターに組み込むように しても、 同様の効果を奏することができる。 産業上の利用可能性 上述した本発明に係る血友病治療用薬剤は、 静脈注射という簡便な方法で血友 病を効果的に治療することができ、 副作用の心配も極めて低く、 そのまま臨床応 用可能なものである。

Claims

請求の範囲
1 . 粒子形成能を有するタンパク質からなる中空ナノ粒子に、 血友病治療用の遺 伝子が包含されてなることを特徴とする血友病治療用薬剤。
2 . 真核細胞でタンパク質を発現させて得られるタンパク質粒子に生体認識分子 が導入された中空ナノ粒子に、 血友病治療用の遺伝子が包含されてなることを特 徵とする血友病治療用薬剤。
3 . 上記真核細胞は、 酵母又は遺伝子組換え酵母であることを特徴とする請求の 範囲第 2項記載の血友病治療用薬剤。
4 . 上記真核細胞は、 昆虫細胞であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の 血友病治療用薬剤。
5 . 上記真核細胞は、 動物細胞であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載の 血友病治療用薬剤。
6 . 粒子を形成する上記夕ンパク質は、 B型肝炎ウィルス表面抗原夕ンパク質で あることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項記載の血友病 治療用薬剤。
7 . 上記血友病治療用の遗伝子は、 血液凝固第 V I I I因子又は血液凝固第 I X因子 であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 6項のいずれか 1項記載の血友 病治療用薬剤。
8 . 静脈注射により人体に投与されることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項記載の血友病治療用薬剤。
9 . 請求の範囲第 1項乃至第 8項のいずれか 1項記載の薬剤を投与することを特 徴とする血友病治療方法。
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