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JP2006028061A - Targeting nucleic acids to the liver - Google Patents

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JP2006028061A
JP2006028061A JP2004207329A JP2004207329A JP2006028061A JP 2006028061 A JP2006028061 A JP 2006028061A JP 2004207329 A JP2004207329 A JP 2004207329A JP 2004207329 A JP2004207329 A JP 2004207329A JP 2006028061 A JP2006028061 A JP 2006028061A
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Japan
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pullulan
liver
plasmid dna
gene
cationized
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Application number
JP2004207329A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Yamamoto
雅哉 山本
Yasuhiko Tabata
泰彦 田畑
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Kyoto University NUC
Original Assignee
Kyoto University NUC
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Publication date
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Abstract

【課題】 インビボでの肝臓への核酸のターゲティングの効率および取込の効率を高めるための製剤を提供すること。
【解決手段】 核酸とカチオン化プルラン誘導体から形成されるポリイオンコンプレックスを含み、前記カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率が10−27%であることを特徴とする、肝臓デリバリー用製剤。
【選択図】 なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preparation for increasing the efficiency of targeting and uptake of a nucleic acid to the liver in vivo.
A preparation for liver delivery, comprising a polyion complex formed from a nucleic acid and a cationized pullulan derivative, wherein the cationized pullulan derivative has a cationization rate of 10-27%.
[Selection figure] None

Description

本発明は、遺伝子治療において核酸を肝臓へターゲティングするための水溶性高分子製剤に関する。   The present invention relates to a water-soluble polymer preparation for targeting a nucleic acid to the liver in gene therapy.

遺伝子治療とは、遺伝子を人為的に補いあるいは遺伝子発現を人為的に抑制することによって細胞の機能をコントロールし、病気の治療を行う方法である。このような遺伝子治療において用いるための、遺伝子を効率よく発現させることができるベクターの開発が必要とされている。遺伝子の発現ベクタ一には大きく分けて、ウイルスを用いる場合と用いない場合とがある。発現効率の高いことから、これまでは主として、アデノウイルス、レトロウイルス、アデノ改変ウイルス、などのウイルス自体がベクターとして用いられている。しかしながら、ウイルス本来の毒性、免疫原性などによる問題があり、これを解決するべく、分子生物学的研究が進められている。一方、後者のウイルスを用いない方法には、非ウイルス性遣伝子キャリアあるいは電気、超音波などの物理刺激の利用があるが、いずれの場合も、その遺伝子導入効率がきわめて低い。これまでに、リン酸カルシウムあるいはカチオン性高分子あるいはリポソームなどの非ウイルス性遺伝子キャリアが研究開発されている。また、それらに電気的刺激を組み合わせる方法も考案されている。   Gene therapy is a method for treating diseases by controlling the function of cells by artificially supplementing genes or artificially suppressing gene expression. Development of a vector capable of efficiently expressing a gene for use in such gene therapy is required. Gene expression vectors are roughly divided into cases where viruses are used and cases where viruses are not used. Until now, viruses such as adenoviruses, retroviruses, adeno-modified viruses have been mainly used as vectors because of their high expression efficiency. However, there are problems due to the original toxicity and immunogenicity of the virus, and molecular biological studies are under way to solve this problem. On the other hand, the latter method that does not use a virus includes the use of a non-viral gene carrier or physical stimulation such as electricity and ultrasound, but in either case, the gene transfer efficiency is extremely low. So far, non-viral gene carriers such as calcium phosphate, cationic polymers or liposomes have been researched and developed. A method of combining them with electrical stimulation has also been devised.

遺伝子治療の開発において解決すべき課題としては、生体内における遺伝子の分解を抑制すること、標的臓器へのターゲティングの効率を高めること、標的臓器における安定な徐放化を可能とすること、および細胞内への遺伝子導入効率を高めることなどがある。遺伝子導入には体内法と体外法とがある。体外法では,遺伝子をベクターと組み合わせ、細胞と培養することが行われ、いかに細胞とうまく遺伝子を相互作用させるかが鍵となる。一方、体内法では、それに加えて、遺伝子の体内での安定性を高め、また遺伝子をいかに特定部位にターゲティングできるかが、遺伝子レベルの発現を大きく左右する。例えば、カチオン性遣伝子キャリアは、タンパク質、脂質、血球細胞などの生体成分と相互作用しやすく、その体内動態の制御がきわめて難しい。そこで、特定細胞あるいは組織に対する親和性の高い分子およびポリエチレングリコールなどにより生体成分との相互作用を少なくすることによって、遣伝子の体内動態を修飾、およびその安定性の向上が試みられている。   Issues to be solved in the development of gene therapy include inhibiting gene degradation in vivo, increasing the efficiency of targeting to target organs, enabling stable sustained release in target organs, and cells Increasing the efficiency of gene transfer into the body. There are in vivo methods and in vitro methods for gene transfer. The extracorporeal method involves combining a gene with a vector and culturing it with a cell, and the key is how to successfully interact the gene with the cell. On the other hand, in the in vivo method, in addition to that, the stability of the gene in the body is increased, and how the gene can be targeted to a specific site greatly affects the expression at the gene level. For example, cationic gene carriers are likely to interact with biological components such as proteins, lipids, blood cells, etc., and it is extremely difficult to control their pharmacokinetics. Thus, attempts have been made to modify the pharmacokinetics of the gene and improve its stability by reducing the interaction with biological components with a molecule having high affinity for specific cells or tissues and polyethylene glycol.

遺伝子のターゲティングおよび細胞内導入の効率を高めるために、遺伝子を高分子キャリアと組み合わせたドラッグデリバリーシステムが提案されている。このような高分子キャリアの1つにプルランがある。プルランは天然の多糖類であり、肝臓に高い親和性をもつとともに(Yamaoka et al., Drug Delivery, 1, 75-82 (1993))、肝実質細胞に発現しているアシアロ糖タンパク質レセプターを介して肝細胞へ取り込まれること(Kaneo et al., J. Control Release, 70, 365-373 (2001))が知られている。したがって、このような特性をもつプルランを遺伝子のDDSキャリアとして利用すれば、遺伝子の肝臓へのターゲティングが可能になると考えられる。例えば、特開2003−104914は、プラスミドDNAとプルラン−DTPAとを金属配位結合を介して結合させることにより得られる、肝臓へのターゲティングのための複合体を開示する。   In order to increase the efficiency of gene targeting and intracellular introduction, a drug delivery system combining a gene with a polymer carrier has been proposed. One such polymer carrier is pullulan. Pullulan is a natural polysaccharide with a high affinity for the liver (Yamaoka et al., Drug Delivery, 1, 75-82 (1993)) and via the asialoglycoprotein receptor expressed in hepatocytes. Incorporation into hepatocytes (Kaneo et al., J. Control Release, 70, 365-373 (2001)) is known. Therefore, if pullulan having such characteristics is used as a gene DDS carrier, it is considered that the gene can be targeted to the liver. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-104914 discloses a complex for targeting to the liver obtained by binding plasmid DNA and pullulan-DTPA via a metal coordination bond.

本発明に関連する先行技術文献情報としては以下のものがある。
特開2003−104914 Yamaoka et al., Drug Delivery, 1, 75-82 (1993) Kaneo et al., J. Control Release, 70, 365-373 (2001)
Prior art document information related to the present invention includes the following.
JP2003-104914A Yamaoka et al., Drug Delivery, 1, 75-82 (1993) Kaneo et al., J. Control Release, 70, 365-373 (2001)

本発明は、核酸と水溶性高分子とをイオン結合により結合させることにより、インビボでの肝臓への核酸のターゲティングの効率および細胞内取込の効率を高めることを目的とする。   An object of the present invention is to increase the efficiency of targeting a nucleic acid to a liver in vivo and the efficiency of intracellular uptake by binding a nucleic acid and a water-soluble polymer by ionic bonds.

本発明者らは、核酸とカチオン化プルラン誘導体から形成されるポリイオンコンプレックスを用いる肝臓デリバリー用製剤において、カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率を特定の範囲に調整することにより、インビボにおいて肝臓への核酸の取込効率が高まることを見いだした。   In the preparation for liver delivery using a polyion complex formed from a nucleic acid and a cationized pullulan derivative, the present inventors have adjusted the cationization rate of the cationized pullulan derivative to a specific range, thereby allowing the nucleic acid to enter the liver in vivo. I found that the efficiency of importing was increased.

本発明は、核酸とカチオン化プルラン誘導体から形成されるポリイオンコンプレックスを含み、前記カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率が10−27%であることを特徴とする、肝臓デリバリー用製剤を提供する。ここで、カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率とは、プルランの水酸基あたりのカチオンの導入モル比を表す。好ましくは、本発明におけるカチオン化プルラン誘導体のカチオン化率は15−26%であり、より好ましくは20−25%であり、さらに好ましくは22−24%であり、最も好ましくは23−24%である。   The present invention provides a preparation for liver delivery, comprising a polyion complex formed from a nucleic acid and a cationized pullulan derivative, wherein the cationized pullulan derivative has a cationization rate of 10-27%. Here, the cationization rate of the cationized pullulan derivative represents the introduction molar ratio of cations per hydroxyl group of pullulan. Preferably, the cationized pullulan derivative in the present invention has a cationization rate of 15-26%, more preferably 20-25%, still more preferably 22-24%, and most preferably 23-24%. is there.

プルランは、デンプンの部分加水分解物を原料としてAureobasidium pullulans菌により発酵産生されるα−グルカンであり、ブドウ糖3個よりなるマルトトリオースがα−1,6結合で連鎖した直鎖状の水溶性高分子である。食品添加剤および医薬品補助剤として広く使われており、種々の分子量の製品が市販されている。プルランは、肝臓に高い親和性をもつとともに、肝実質細胞に発現しているアシアロ糖タンパク質レセプターを介して肝細胞へ取り込まれることが知られている。好ましくは、本発明において用いられるプルランの分子量は、約10,000以上、より好ましくは約20,000以上、さらに好ましくは約30,000以上、最も好ましくは約40,000以上である。また好ましくは、本発明において用いられるプルランの分子量は、約200,000以下、より好ましくは約120,000以下、さらに好ましくは約80,000以下、最も好ましくは約60,000以下である。   Pullulan is an α-glucan fermented and produced by Aureobasidium pullulans using a partial hydrolyzate of starch as a raw material, and is a linear water-soluble chain in which maltotriose consisting of three glucoses is linked by α-1,6 bonds. It is a polymer. Widely used as food additives and pharmaceutical supplements, products of various molecular weights are commercially available. It is known that pullulan has high affinity for the liver and is taken into hepatocytes via the asialoglycoprotein receptor expressed in hepatocytes. Preferably, the molecular weight of the pullulan used in the present invention is about 10,000 or more, more preferably about 20,000 or more, more preferably about 30,000 or more, and most preferably about 40,000 or more. Also preferably, the molecular weight of the pullulan used in the present invention is about 200,000 or less, more preferably about 120,000 or less, more preferably about 80,000 or less, and most preferably about 60,000 or less.

本発明においては、核酸とのポリイオンコンプレックスを形成させるために、プルランにカチオン基を導入したカチオン化プルラン誘導体を用いる。カチオン化の工程は、生理条件下でカチオン化する官能基を導入し得る方法であれば特に限定されないが、プルラン分子上の水酸基に1、2または3級のアミノ基またはアンモニウム基を温和な条件下で導入する方法が好ましい。例えばエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−ジアミノプロパン等のアルキルジアミンや、トリメチルアンモニウムアセトヒドラジド、スペルミン、スペルミジンまたはジエチルアミド塩化物等を、種々の縮合剤、例えば1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩、塩化シアヌル、N,N'−カルボジイミダゾール、臭化シアン、ジエポキシ化合物、トシルクロライド、ジエチルトリアミン−N,N,N',N'',N''−ペンタン酸ジ無水物等のジ無水物化合物、トリシルクロリド等を用いて反応させることができる。特に、エチレンジアミンまたはスペルミンを反応させる方法が簡便且つ汎用性があり好適である。   In the present invention, a cationized pullulan derivative having a cationic group introduced into pullulan is used to form a polyion complex with a nucleic acid. The cationization step is not particularly limited as long as it is a method capable of introducing a functional group that can be cationized under physiological conditions. However, a mild condition in which a 1, 2 or tertiary amino group or an ammonium group is added to the hydroxyl group on the pullulan molecule. The method introduced below is preferred. For example, alkyldiamines such as ethylenediamine, N, N-dimethyl-1,3-diaminopropane, trimethylammonium acetohydrazide, spermine, spermidine, or diethylamide chloride may be used in combination with various condensing agents such as 1-ethyl-3- (3 -Dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, cyanuric chloride, N, N'-carbodiimidazole, cyanogen bromide, diepoxy compound, tosyl chloride, diethyltriamine-N, N, N ', N ", N" -pentane The reaction can be carried out using a dianhydride compound such as acid dianhydride, trisyl chloride and the like. In particular, the method of reacting ethylenediamine or spermine is convenient and versatile.

本発明において用いる核酸には、DNA、RNA、DNA−RNA複合体、siRNA、PNA、ならびに、糖、リン酸または塩基に修飾を有するこれらの誘導体が含まれる。核酸の例としては、肝疾患の治療に有用なタンパク質等をコードする遺伝子、これを含有するベクター、肝疾患、例えば癌等に対して使用しうるアンチセンスDNAおよびデコイDNA(例えば、NFκB等)を挙げることができる。肝疾患の治療に必要なタンパク質等をコードする遺伝子としては、ホルモン等の低分子量ペプチド、あるいはインターフェロン、インターロイキン、サイトカイン、ケモカイン、細胞成長因子あるいはマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)類等のタンパク質、これらのタンパク質の生理活性部位の部分ペプチド等、またはこれらタンパク質およびペプチドの中和抗体およびレセプターのアゴニスト等の遺伝子が挙げられる。ホルモン等の低分子量ペプチドとしては、特に治療に好適なものであれば限定するものではないが、IFN等のものが挙げられる。細胞成長因子の例としては、hGH、EGF、NGF、HGF、FGF、HB−EGF、IGF等、およびこれらのフラグメント、例えばHGFの分子内断片であるNK4が挙げられる。   The nucleic acid used in the present invention includes DNA, RNA, DNA-RNA complex, siRNA, PNA, and derivatives thereof having modifications in sugar, phosphate or base. Examples of nucleic acids include genes encoding proteins useful for the treatment of liver diseases, vectors containing the same, antisense DNA and decoy DNA (for example, NFκB, etc.) that can be used for liver diseases such as cancer Can be mentioned. Examples of genes encoding proteins necessary for the treatment of liver diseases include low molecular weight peptides such as hormones, or proteins such as interferons, interleukins, cytokines, chemokines, cell growth factors or matrix metalloproteases (MMPs), and the like. Examples thereof include partial peptides at the physiologically active site of proteins, or genes such as neutralizing antibodies and receptor agonists of these proteins and peptides. The low molecular weight peptide such as a hormone is not particularly limited as long as it is particularly suitable for treatment, and examples thereof include IFN and the like. Examples of cell growth factors include hGH, EGF, NGF, HGF, FGF, HB-EGF, IGF, and the like, and fragments thereof such as NK4, which is an intramolecular fragment of HGF.

治療上有用なタンパク質をコードするDNAは、既知の配列に基づいてゲノムまたはcDNAライブラリからクローニングにより入手してもよく、化学合成により製造してもよい。タンパク質をコードするDNAは、導入された細胞内でそのタンパク質の機能が発現されることができるようにプラスミドベクター中に導入して用いる。プラスミドベクターは、細胞内でDNAが転写され、それにコードされるタンパク質が適切に発現されるような様式で配列された、プロモーター領域、開始コドン、終止コドンおよびターミネーター領域等を含む。このようなプラスミドベクターは、当分野において入手可能な発現ベクターに所望のDNAを適当な制限酵素部位を利用して挿入することによって容易に調製することができる。また、導入すべきDNAの塩基配列に基づいて、合成、半合成の手段により調製することも可能である。プラスミドベクター中のプロモーターの種類、開始コドン、終止コドン、ターミネータ領域は特に限定されるものではない。   DNA encoding a therapeutically useful protein may be obtained by cloning from a genomic or cDNA library based on known sequences, or may be produced by chemical synthesis. The DNA encoding the protein is used after being introduced into a plasmid vector so that the function of the protein can be expressed in the introduced cell. The plasmid vector includes a promoter region, a start codon, a stop codon, a terminator region, and the like arranged in such a manner that DNA is transcribed in the cell and the protein encoded thereby is appropriately expressed. Such a plasmid vector can be easily prepared by inserting a desired DNA into an expression vector available in the art using an appropriate restriction enzyme site. It can also be prepared by synthetic or semi-synthetic means based on the base sequence of the DNA to be introduced. The type of promoter, start codon, stop codon, and terminator region in the plasmid vector are not particularly limited.

本発明の製剤中のDNAから発現されるタンパク質は、治療上の所望の活性を有する限り、そのアミノ酸配列中の1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失及び/又は付加されていてもよく、また同様に糖鎖が置換、欠失及び/又は付加されていてもよい。さらに、別のタンパク質またはそのフラグメントとの融合タンパク質として産生されてもよい。したがって、DNAは、そのような改変型のタンパク質をコードするものであってもよい。このような改変型タンパク質をコードするDNAを部位特異的突然変異法、遺伝子組換え法または合成法により作成する方法は当該技術分野においてよく知られている。   As long as the protein expressed from the DNA in the preparation of the present invention has a desired therapeutic activity, one or more amino acids in the amino acid sequence may be substituted, deleted, and / or added. Similarly, sugar chains may be substituted, deleted and / or added. Furthermore, it may be produced as a fusion protein with another protein or a fragment thereof. Therefore, the DNA may encode such a modified protein. Methods for producing DNAs encoding such modified proteins by site-directed mutagenesis, gene recombination methods or synthesis methods are well known in the art.

ポリイオンコンプレックスは、核酸とカチオン化プルラン誘導体がイオン結合により結合することにより形成される複合体である。ポリイオンコンプレックスは、核酸とカチオン化プルラン誘導体とを、適当な緩衝溶液中で混合し、所定の時間放置することにより形成することができる。反応は室温で行うことができる。ポリイオンコンプレックスの形成は、混合液の濁度を指標として測定することができる。本発明にしたがって核酸とカチオン化プルラン誘導体とのポリイオンコンプレックスを形成することにより、核酸の負電荷が中和されるとともに、その電気的反発の緩和による分子サイズの減少が生じる。また、製剤中で核酸が安定化される。さらに、プルランと肝細胞との高い親和性により、核酸を高い効率で肝細胞中に取り込ませることができる。   A polyion complex is a complex formed by binding a nucleic acid and a cationized pullulan derivative by an ionic bond. A polyion complex can be formed by mixing a nucleic acid and a cationized pullulan derivative in a suitable buffer solution and allowing to stand for a predetermined time. The reaction can be carried out at room temperature. Formation of the polyion complex can be measured using the turbidity of the mixed solution as an index. By forming a polyion complex of a nucleic acid and a cationized pullulan derivative according to the present invention, the negative charge of the nucleic acid is neutralized and the molecular size is reduced due to relaxation of the electrical repulsion. In addition, the nucleic acid is stabilized in the formulation. Furthermore, due to the high affinity between pullulan and hepatocytes, nucleic acids can be incorporated into hepatocytes with high efficiency.

本発明のポリイオンコンプレックスは水溶性であり、そのまま緩衝液、生理食塩水、注射用溶媒等の希釈剤に溶解してアッセイあるいは治療に用いることができる。あるいは、凍結乾燥した後に、使用時に希釈剤に溶解してから用いてもよい。投与方法としては、静脈内投与、動脈内投与、皮内投与、皮下投与、筋肉内投与、体腔内投与等が挙げられる。特に好ましくは静脈内投与である。あるいは、カテーテルを用いて直接門脈に注入してもよい。   The polyion complex of the present invention is water-soluble, and can be used as it is in an assay or treatment by dissolving it in a diluent such as a buffer solution, physiological saline, or an injection solvent. Alternatively, it may be used after being lyophilized and then dissolved in a diluent at the time of use. Examples of the administration method include intravenous administration, intraarterial administration, intradermal administration, subcutaneous administration, intramuscular administration, and intracavitary administration. Particularly preferred is intravenous administration. Alternatively, it may be injected directly into the portal vein using a catheter.

本発明の製剤の投与量は、治療的応答をもたらすに十分であるように適宜選択することができる。投与量は、通常成人患者当たり、核酸の量として約0.001〜約100μgの範囲、好ましくは、約0.01〜約10μgの範囲から選択される。また1回の投与で効果が不十分であった場合は、投与を複数回行うことも可能である。   The dosage of the formulations of the present invention can be appropriately selected so that it is sufficient to produce a therapeutic response. The dose is usually selected from the range of about 0.001 to about 100 μg, preferably about 0.01 to about 10 μg of nucleic acid per adult patient. In addition, when the effect is insufficient with a single administration, the administration can be performed a plurality of times.

以下に実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described below in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

カチオン化プルラン誘導体の作製
カチオン化プルラン誘導体の作製は、プルランの水酸基へのN,N’−ビス(3−アミノプロピル)−1,4−ブタンジアミン(スペルミン)の導入反応により行った。重量平均分子量47,300のプルラン(Shodex製)を脱水ジメチルスルホキシドに溶解させた(10mg/ml)。次に、種々の濃度のN,N’−カルボニルジイミダゾール(CDI)、およびスペルミンを加え、室温で20時間撹拌した。反応溶液を蒸留水に対して2日間透析し、凍結乾燥することにより、スペルミン導入カチオン化プルラン誘導体を得た。
Preparation of Cationized Pullulan Derivative The preparation of the cationized pullulan derivative was performed by introducing N, N′-bis (3-aminopropyl) -1,4-butanediamine (spermine) into the hydroxyl group of pullulan. Pullulan (manufactured by Shodex) having a weight average molecular weight of 47,300 was dissolved in dehydrated dimethyl sulfoxide (10 mg / ml). Next, various concentrations of N, N′-carbonyldiimidazole (CDI) and spermine were added and stirred at room temperature for 20 hours. The reaction solution was dialyzed against distilled water for 2 days and freeze-dried to obtain a spermine-introduced cationized pullulan derivative.

スペルミン導入カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率は、2,4,6−トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)法を用いたアミノ基の定量によって算出した。すなわち、スペルミン導入カチオン化プルラン誘導体の水溶液100μlに、0.2Mリン酸緩衝生理食塩水(PBS,pH7.4)100μl、4wt%の炭酸水素ナトリウム水溶液200μl、0.1wt%のTNBS水溶液200μlを加え、37℃で2時間反応させた。この反応溶液の415nmにおける吸光度を測定した。この吸光度値とβ−アラニンを用いた検量線から、プルランの水酸基あたりのスペルミンの導入モル比を算出し、これをカチオン化率(%)とした。   The cationization rate of the spermine-introduced cationized pullulan derivative was calculated by quantification of amino groups using 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS) method. That is, 100 μl of 0.2 M phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) 100 μl, 200 μl of 4 wt% aqueous sodium bicarbonate and 200 μl of 0.1 wt% TNBS aqueous solution were added to 100 μl of an aqueous solution of a spermine-introduced cationized pullulan derivative. And reacted at 37 ° C. for 2 hours. The absorbance at 415 nm of this reaction solution was measured. From this absorbance value and a calibration curve using β-alanine, the molar ratio of spermine introduced per hydroxyl group of pullulan was calculated, and this was defined as the cationization rate (%).

表1に、作製したカチオン化プルラン誘導体の作製条件およびカチオン化率を示す。プルラン、スペルミンおよびCDIの濃度をそれぞれ変化させることによって、種々のカチオン化率のカチオン化プルラン誘導体を得ることができた。   Table 1 shows the production conditions and cationization rate of the produced cationized pullulan derivatives. By changing the concentrations of pullulan, spermine and CDI, cationized pullulan derivatives having various cationization rates could be obtained.

Figure 2006028061
Figure 2006028061

カチオン化プルラン誘導体とプラスミドDNAとのポリイオンコンプレックス形成
プラスミドDNA遺伝子として、ルシフェラーゼをコードするプラスミドDNAを用いた。アンピシリン耐性遺伝子を含むルシフェラーゼのプラスミドDNAを大腸菌にトランスフォームした後、アンピリシン含有LB培地にて、37℃で18時間培養した。増殖した大腸菌を遠心回収し、アルカリ−SDS法によりプラスミドDNAを抽出した。プラスミドDNAの純度評価として、得られたプラスミドDNA水溶液の280nmに対する260nmの比を測定したところ、1.8−2.0の間であった。
Formation of polyion complex of cationized pullulan derivative and plasmid DNA Plasmid DNA encoding luciferase was used as a plasmid DNA gene. The luciferase plasmid DNA containing the ampicillin resistance gene was transformed into Escherichia coli and then cultured in ampicillin-containing LB medium at 37 ° C. for 18 hours. The proliferated Escherichia coli was collected by centrifugation, and plasmid DNA was extracted by the alkali-SDS method. As a purity evaluation of plasmid DNA, the ratio of 260 nm to 280 nm of the obtained plasmid DNA aqueous solution was measured and found to be between 1.8 and 2.0.

プラスミドDNA水溶液(25μg/ml)とカチオン化率の異なるカチオン化プルラン誘導体とを、N/P比が5となるように、150nMNaClを含む10mMリン酸緩衝溶液(pH7.4)中で混合した。N/P比とは、カチオン化プルラン誘導体中のアミノ基のモル数と核酸中のリン酸基のモル数との比率である。これを室温で15分間静置することにより、両者のポリイオンコンプレックスを形成させた。   An aqueous plasmid DNA solution (25 μg / ml) and a cationized pullulan derivative having a different cationization rate were mixed in a 10 mM phosphate buffer solution (pH 7.4) containing 150 nM NaCl so that the N / P ratio was 5. The N / P ratio is the ratio between the number of moles of amino groups in the cationized pullulan derivative and the number of moles of phosphate groups in the nucleic acid. By allowing this to stand at room temperature for 15 minutes, both polyion complexes were formed.

分子サイズの測定
得られたポリイオンコンプレックスの分子サイズを、動的光散乱(DLS)を用いて測定した。この水溶液をArレーザーを備えたDLS装置(大塚電子製)にて測定した(検出角度90°、37℃)。ポリイオンコンプレックスの流体力学的半径Rは、測定によって得られた散乱強度−時間相関関数およびEinstein−Stokesの式:R=kT/3πηD(k:ボルツマン定数、T:絶対温度、η:溶媒の粘度、D:核酸係数)とから付属の解析ソフトにより算出した。CDIの仕込み量を変化させることでプルラン誘導体のカチオン化率を変化させることができた。表2に、カチオン化率の異なるカチオン化プルラン誘導体(N/P=5)とプラスミドDNAとのポリイオンコンプレックスの見かけの分子サイズおよびゼータ電位の測定の結果を示す。
Measurement of molecular size The molecular size of the obtained polyion complex was measured using dynamic light scattering (DLS). This aqueous solution was measured with a DLS apparatus (manufactured by Otsuka Electronics) equipped with an Ar laser (detection angles 90 °, 37 ° C.). The hydrodynamic radius R of the polyion complex is the scattering intensity-time correlation function obtained by measurement and the Einstein-Stokes equation: R = kT / 3πηD (k: Boltzmann constant, T: absolute temperature, η: solvent viscosity, D: Nucleic acid coefficient) and calculated with the attached analysis software. It was possible to change the cationization rate of the pullulan derivative by changing the amount of charged CDI. Table 2 shows the results of measurement of the apparent molecular size and zeta potential of polyion complexes of cationized pullulan derivatives (N / P = 5) and plasmid DNA having different cationization rates.

Figure 2006028061
Figure 2006028061

カチオン化率が低いプルランの場合、遊離プラスミドDNAよりも大きな分子サイズが見られ、カチオン化率が高い場合には分子サイズの低下が見られ、その値は大体200nmであった。ゼータ電位はカチオン化率が20数%以上でおよそ12mV以上であった。   In the case of pullulan having a low cationization rate, a molecular size larger than that of free plasmid DNA was observed, and when the cationization rate was high, a decrease in molecular size was observed, and the value was approximately 200 nm. The zeta potential was approximately 12 mV or more at a cationization rate of 20% or more.

濁度の測定
得られたポリイオンコンプレックス水溶液の濁度測定を行った。用いた波長は500nmであり、水溶液の吸光度変化を濁度として測定した。結果を図1に示す。カチオン化プルラン誘導体とプラスミドDNAとの混合水溶液の濁度は、カチオン化率の増加とともに増加し、形成されたポリイオンコンプレックスの分子サイズは減少し、プラスミドDNAとより強く相互作用していることがわかった。また、イオン強度が高くなると濁度が減少することより、プルラン−スペルミンとプラスミドDNAとの相互作用が静電相互作用であり、ポリイオンコンプレックスが形成されていることが確認された。
Measurement of turbidity The turbidity of the obtained polyion complex aqueous solution was measured. The wavelength used was 500 nm, and the change in absorbance of the aqueous solution was measured as turbidity. The results are shown in FIG. The turbidity of the mixed aqueous solution of cationized pullulan derivative and plasmid DNA increases with increasing cationization rate, and the molecular size of the formed polyion complex decreases, indicating that it interacts more strongly with plasmid DNA. It was. Moreover, since turbidity decreased as the ionic strength increased, it was confirmed that the interaction between pullulan-spermine and plasmid DNA was an electrostatic interaction, and a polyion complex was formed.

インターカレーターとプラスミドDNAとの相互作用の評価
20μg/mlのプラスミドDNA水溶液にエチジウムブロマイド(EtBr、0.4μg/ml)を加え、EtBrをDNA分子へインターカレートさせた。カチオン化プルラン誘導体水溶液をこの水溶液に加えた。カチオン化プルラン誘導体水溶液の混合前後の蛍光強度(励起波長510nm、蛍光波長590nm)を測定し、もとのプラスミドDNA/EtBrの蛍光強度を100%として相対蛍光強度を算出した。一般に、DNAにEtBrがインターカレートすることによって蛍光が生じる。プラスミドDNAとカチオン化プルラン誘導体とがポリイオンコンプレックスを形成すると、EtBrがプラスミドDNAにインターカレートできなくなり、プラスミドDNAから遊離する。すなわち、相対蛍光強度が減少することは、カチオン化プルラン誘導体とプラスミドDNAとの相互作用が起こっていることを示している。減少の強さはプラスミドDNAカチオン化プルラン誘導体との相互作用の強さに対応すると考えられる。
Evaluation of interaction between intercalator and plasmid DNA Ethidium bromide (EtBr, 0.4 μg / ml) was added to a 20 μg / ml plasmid DNA aqueous solution to intercalate EtBr into DNA molecules. An aqueous cationized pullulan derivative solution was added to this aqueous solution. The fluorescence intensity (excitation wavelength: 510 nm, fluorescence wavelength: 590 nm) before and after mixing of the cationized pullulan derivative aqueous solution was measured, and the relative fluorescence intensity was calculated with the fluorescence intensity of the original plasmid DNA / EtBr as 100%. In general, fluorescence is generated by Etcal intercalating into DNA. When the plasmid DNA and the cationized pullulan derivative form a polyion complex, EtBr cannot be intercalated with the plasmid DNA and is released from the plasmid DNA. That is, a decrease in relative fluorescence intensity indicates that an interaction between the cationized pullulan derivative and the plasmid DNA has occurred. The strength of the decrease is thought to correspond to the strength of interaction with the plasmid DNA cationized pullulan derivative.

結果を図2に示す。カチオン化率が高いプルランは低いものに比べ蛍光強度の落ち方が速いため、プルラン−スペルミンとプラスミドDNAとが強く相互作用していることがわかった。またN/P比が増加すると速やかに蛍光消光したことから、プルラン−スペルミンとプラスミドDNAとが強く相互作用していることもわかった。   The results are shown in FIG. It was found that pullulan-spermine and plasmid DNA strongly interacted with pullulan having a high cationization rate because the fluorescence intensity decreased more rapidly than that with low pullulan. In addition, since the fluorescence was rapidly quenched when the N / P ratio increased, it was also found that pullulan-spermine and plasmid DNA interacted strongly.

細胞へのインビトロ遺伝子導入実験
細胞としてヒト肝癌由来株HepG2細胞を用いた。6ウエルプレート(Costar製)に、4×104細胞/cm2(4×105細胞/ウエル)の細胞を播種し、10vol%の仔ウシ胎児血清(FCS)を添加したMEM(MEM−FCS)中にて、5%CO2・95%空気、37℃で24時間培養した。血清を含まないOpti−MEM(Gibco製)培地へ交換した後、ルシフエラーゼ−プラスミドDNAとカチオン化プルラン誘導体とのポリイオンコンプレックス(プラスミドDNA量5μg)、または対照としてルシフエラーゼ−プラスミドDNAを加えて、6時間培養した。次に、培地をMEM−FCSに交換し、さらに42時間培養を続けた。培地を除去し、細胞をPBSでよく洗浄した後、細胞溶解液(25mMトリス−リン酸緩衝液(pH7.8)、2mMジチオスレイトール、2mM 1,2−ジアミノシクロヘキサン−N,N,N’,N’−四酢酸、10%グリセロール、1%Triton(登録商標)X−100)を加え、細胞を溶解させた。細胞溶解液中のルシフェラーゼタンパク質の化学発光を測定することによって、遺伝子発現を定量した。また、Bicinchoninate(BCA)法にて細胞溶解液中の総タンパク質量を測定した。統計分析は、ANOVAを用いた。p値が0.05より低いとき有意差があるとした。
Human liver cancer-derived strain HepG2 cells were used as experimental cells for in vitro gene transfer into cells. A 6-well plate (Costar) was seeded with 4 × 10 4 cells / cm 2 (4 × 10 5 cells / well), and MEM (MEM-FCS) supplemented with 10 vol% fetal calf serum (FCS) was added. ) And cultured at 37 ° C. for 24 hours at 5% CO 2 /95% air. After changing to Opti-MEM (Gibco) medium without serum, a polyion complex of luciferase-plasmid DNA and a cationized pullulan derivative (plasmid DNA amount 5 μg) or luciferase-plasmid DNA as a control was added for 6 hours. Cultured. Next, the medium was replaced with MEM-FCS, and the culture was further continued for 42 hours. After removing the medium and thoroughly washing the cells with PBS, cell lysate (25 mM Tris-phosphate buffer (pH 7.8), 2 mM dithiothreitol, 2 mM 1,2-diaminocyclohexane-N, N, N ′ , N′-tetraacetic acid, 10% glycerol, 1% Triton® X-100) was added to lyse the cells. Gene expression was quantified by measuring the chemiluminescence of luciferase protein in the cell lysate. Further, the total amount of protein in the cell lysate was measured by Bicinchonate (BCA) method. ANOVA was used for statistical analysis. A significant difference was assumed when the p-value was lower than 0.05.

図3は、プラスミドDNAと種々のカチオン化率のカチオン化プルラン誘導体とからなるポリイオンコンプレックスを用いたHepG2細胞へのインビトロ遺伝子導入結果を示す。プルラン誘導体のカチオン化率の増加とともに、ポリイオンコンプレックスによるHepG2細胞への遺伝子発現レベルは増大した。これはカチオン化率の高いプルラン誘導体とコンプレックスを形成することにより、プラスミドDNAの細胞への取り込みと安定性とが高まったためであると考えられる。また、アシアロフェツインの存在下では、遺伝子発現レベルが有意に減少していることから(データ示さず)、ポリイオンコンプレックスがレセプターを介して細胞内に取り込まれていることがわかった。   FIG. 3 shows in vitro gene transfer results into HepG2 cells using a polyion complex consisting of plasmid DNA and cationized pullulan derivatives having various cationization rates. As the cationization rate of the pullulan derivative increased, the gene expression level in HepG2 cells by the polyion complex increased. This is thought to be because the uptake and stability of plasmid DNA increased by forming a complex with a pullulan derivative having a high cationization rate. Further, since the gene expression level was significantly decreased in the presence of asialofetin (data not shown), it was found that the polyion complex was taken into the cell via the receptor.

肝臓へのインビボ遺伝子導入実験
マウスの尾静脈にプラスミドDNAと種々のカチオン化率のカチオン化プルラン誘導体とからなるポリイオンコンプレックス100μl(プラスミドDNA量10μg)を注射した。24時間後、血液を洗い出すことによりマウスを犠牲死させ、肝臓を摘出した。肝臓は秤量した後、ポリトロンホモジナイザーを用いて4℃でホモジナイズすることにより組織溶解液を調製し、4℃、14000rpmにて10分間、遠心分離後、得られた上清について、実施例3と同様にしてルシフェラーゼ活性を測定した。
In vivo gene transfer experiment into the liver 100 μl of polyion complex consisting of plasmid DNA and cationized pullulan derivatives with various cationization rates (injection amount of plasmid DNA: 10 μg) was injected into the tail vein of mice. After 24 hours, the mice were sacrificed by washing out the blood and the liver was removed. The liver was weighed and then homogenized at 4 ° C. using a Polytron homogenizer to prepare a tissue lysate. After centrifugation at 4 ° C. and 14000 rpm for 10 minutes, the supernatant obtained was the same as in Example 3. Then, luciferase activity was measured.

結果を図4に示す。インビボにおける遺伝子導入では、特定のカチオン化率をもつプルラン誘導体を用いた場合に高い遺伝子発現が認められた。このことは、カチオン化率の増加にともないプラスミドDNAの細胞内取り込みと安定性が増大することを示す。また、逆にカチオン化率の低下にともないポリイオンコンプレックスのゼータ電位が低下し、その結果として、生体成分との非特異的な相互作用が低下という2つの性質のバランスがインビボにおける肝臓への遺伝子導入現象に影響を与えていることを示している。   The results are shown in FIG. In gene transfer in vivo, high gene expression was observed when a pullulan derivative having a specific cationization rate was used. This indicates that the intracellular uptake and stability of plasmid DNA increases with increasing cationization rate. Conversely, as the cationization rate decreases, the zeta potential of the polyion complex decreases, and as a result, the balance between the two properties of non-specific interaction with biological components decreases. It shows that the phenomenon is affected.

図1は、ポリイオンコンプレックスの濁度測定の結果を示す。FIG. 1 shows the results of turbidity measurement of a polyion complex. 図2は、カチオン化プルラン誘導体との混合によるプラスミドDNA−EtBr複合体の蛍光強度の変化を示す。FIG. 2 shows changes in the fluorescence intensity of the plasmid DNA-EtBr complex by mixing with a cationized pullulan derivative. 図3は、ポリイオンコンプレックスを用いたHepG2細胞へのインビトロ遺伝子導入結果を示す。FIG. 3 shows the results of in vitro gene transfer into HepG2 cells using a polyion complex. 図4は、ポリイオンコンプレックスを用いた肝臓へのインビボ遺伝子導入結果を示す。FIG. 4 shows the results of in vivo gene transfer into the liver using a polyion complex.

Claims (1)

核酸とカチオン化プルラン誘導体から形成されるポリイオンコンプレックスを含み、前記カチオン化プルラン誘導体のカチオン化率が10−27%であることを特徴とする、肝臓デリバリー用製剤。


A preparation for liver delivery, comprising a polyion complex formed from a nucleic acid and a cationized pullulan derivative, wherein the cationized pullulan derivative has a cationization rate of 10 to 27%.


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