説明

遺伝子導入剤及びその製造方法

【課題】遺伝子導入効率がさらに向上した遺伝子導入剤及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成した後、該分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入してなる分岐型架橋重合体よりなる遺伝子導入剤。この分子間架橋体としては、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、該イニファターに光照射することにより、イニファター同士を架橋してなる分子間架橋体が好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遺伝子導入剤及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
安全性、品質安定性、製造コストに問題があるウイルスベクターに代わる遺伝子導入技術として、合成高分子ベクター、カチオン性脂質ベクターが研究開発されている。
【0003】
本出願人らは、合成高分子ベクターとして、ベンゼンなどの芳香族環を核としてカチオン性ポリマー鎖が放射状に伸延する分岐構造のベクターが、DNAを高密度で凝縮させて小さな核酸複合体微粒子を形成させ、効率良く細胞へ遺伝子導入できることを発明した(下記特許文献1,2)。この複合体微粒子が細胞膜を透過するメカニズムとしては、カチオン性ポリマー鎖による陽電荷が細胞膜表面の陰電荷と静電的に結合しエンドサイトーシスにより細胞内へ取り込まれる作用に大きく依存していると考えられる。
【0004】
本願出願人らはまた、特許文献1,2に記載される遺伝子導入剤の遺伝子導入効率を更に向上させたものとして、芳香環を核とし、それから放射状に伸延したカチオン性の複数の分岐鎖を有する分岐型重合体を有する遺伝子導入剤であって、複数の該分岐型重合体同士が架橋した架橋体よりなる遺伝子導入剤を発明した(下記特許文献3)。
【0005】
この遺伝子導入剤は、ベンゼンなどの芳香環を核としてカチオン性の分岐鎖が伸延する分岐型重合体同士を架橋させた架橋体よりなる合成高分子ベクターであり、その構造上の利点により、DNAなどの核酸を高密度に凝縮することができる。即ち、この遺伝子導入剤は、分岐型重合体が複数個架橋したものであるため、特許文献1,2に記載されるような1個の分岐型重合体よりなる遺伝子導入剤に比べてDNAなどの核酸をより広いネットワークで包蔵することができ、優れた遺伝子導入活性を示すようになる。
【0006】
特許文献3の遺伝子導入剤を構成する架橋体は、細胞への悪影響が懸念される架橋剤を用いることなく、分岐鎖末端の光開裂性官能基の光開裂で発生するラジカルを利用して分岐鎖同士を架橋して形成される。
【特許文献1】WO2004/092388号公報
【特許文献2】特開2007−70579号公報
【特許文献3】特願2007−261040
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述の如く、特許文献3の遺伝子導入剤は、特許文献1,2の遺伝子導入剤よりも分岐鎖の入り組んだ複雑な構造を有するものとなっているため、この特異的な構造上の効果で遺伝子導入活性がより高いものとなっているが、以下のような不具合があった。
【0008】
即ち、分岐型重合体に光照射して分岐鎖末端の光開裂性官能基からラジカルを発生させて分岐鎖同士を架橋反応させる際、分岐鎖のω末端とω末端との反応は、ラジカル核同士の反応であるために速やかに進行して安定な共有結合を形成するが、分岐型重合体のω末端と他の分岐型重合体のω末端との衝突確率は、同一分岐型重合体内或いは分岐型重合体間の側鎖及び/又は主鎖との衝突確率よりも極端に低いため、分岐型重合体に光照射すると分岐型重合体同士の架橋よりも、同一分岐型重合体内或いは分岐型重合体間のω末端と側鎖及び/又は主鎖との結合が多く形成される。この結果、分岐鎖末端同士が結合した2量体や3量体よりも、同一分岐型重合体内で優先的に複雑なネットワーク構造が形成されることとなる。光照射量を増加させて、2量化、3量化を図ろうとすると、次の様な問題点が生じる。
【0009】
(A) 過度に架橋が進むことにより不溶性のゲルが形成されてしまい、たとえ架橋体を
分離回収できたとしても歩留まりが悪い。
(B) 架橋点が点在するネットワーク構造では、不溶性のゲルとなる架橋度と、架橋に
よる効果が得られる架橋度が近接しており、分子設計、分子量制御が困難である
。そのため、例えば、内側にカチオン性ポリマー層を導入し、外層に非イオン性
ポリマー層を導入する分子設計なども困難である。
(C) 光分解性の側鎖分解により極性基が露出し、この極性基により補体C3aの活性
化などのタンパクへの悪影響や細胞毒性の問題が起こる。
(D) ポリマー自体のイオン交換容量が低下する。
【0010】
本発明は、上記特許文献3の架橋反応時のゲル化、側鎖分解等の問題点を解決し、遺伝子導入効率がさらに向上した架橋体よりなる遺伝子導入剤及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明(請求項1)の遺伝子導入剤は、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成した後、該分子間架橋体の芳香環に、該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入してなる分岐型架橋重合体よりなることを特徴とするものである。
【0012】
請求項2の遺伝子導入剤は、請求項1において、前記分子間架橋体は、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、該イニファターに光照射することにより該イニファター同士を架橋してなる分子間架橋体であることを特徴とするものである。
【0013】
請求項3の遺伝子導入剤は、請求項2において、前記イニファターは、ベンゼン環を核とし、この核に分岐鎖として3個以上の該N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が結合していることを特徴とするものである。
【0014】
請求項4の遺伝子導入剤は、請求項2又は3において、前記N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基であることを特徴とするものである。
【0015】
請求項5の遺伝子導入剤は、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記カチオン性の分岐鎖は、前記分子間架橋体にビニル系モノマーを光照射リビング重合させることにより、前記芳香環に導入されることを特徴とするものである。
【0016】
請求項6の遺伝導入剤は、請求項5において、前記ビニル系モノマーが、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N-ジメチルアクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリレート、N−イソプロピルアクリルアミド、及びN−イソプロピルアクリルアミドの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とするものである。
【0017】
請求項7の遺伝子導入剤は、請求項2ないし6のいずれか1項において、前記イニファターのN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が架橋点として寄与していることを特徴とするものである。
【0018】
請求項8の遺伝子導入剤は、請求項5ないし7のいずれか1項において、前記カチオン性の該分岐鎖はビニル系モノマーのホモポリマーよりなることを特徴とするものである。
【0019】
請求項9の遺伝子導入剤は、請求項5ないし7のいずれか1項において、前記カチオン性の分岐鎖は、前記ビニル系モノマーと、該ビニル系モノマーとは異なるモノマーとのランダムコポリマー又はブロックコポリマーであることを特徴とするものである。
【0020】
請求項10の遺伝子導入剤は、請求項1ないし9のいずれか1項において、前記分子間架橋体は、前記芳香族化合物が2〜5個架橋したものであることを特徴とするものである。
【0021】
本発明(請求項11)の遺伝子導入剤の製造方法は、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の遺伝子導入剤を製造する方法であって、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成する芳香族化合物架橋工程と、該分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入する分岐鎖導入工程とを有することを特徴とするものである。
【0022】
請求項12の遺伝子導入剤の製造方法は、請求項11において、前記芳香族化合物架橋工程の後、該分子間架橋体を分子量に応じて分画する分画工程を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0023】
本発明の遺伝子導入剤は、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成した後、この分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入してなる分岐型架橋重合体よりなる高分子ベクターである。この遺伝子導入剤は、その構造上の利点により、DNAなどの核酸を高密度に凝縮することができる。
【0024】
また、複数の芳香族化合物を架橋してなる分子間架橋体に複数のカチオン性の分岐鎖を導入したものであるため、1個の芳香族化合物に複数のカチオン性の分岐鎖を導入してなる遺伝子導入剤に比べて、カチオン性の分岐鎖を多数導入することができ、DNAなどの核酸をより広いネットワークで包蔵することができ、優れた遺伝子導入活性を示すようになる。
【0025】
また、1個の芳香族化合物に複数のカチオン性の分岐鎖を導入した後、架橋体とした遺伝子導入剤に比べて次のような利点がある。
【0026】
(1) ゲル化を防止することができ、分子設計、分子量などの制御が容易である。
(2) 内側にカチオン性ポリマー層を、外層に非イオン性ポリマー層を配置するといっ
た分子設計も容易である
(3) 超高分子量体の生成を抑制し、細胞毒性の問題を回避することができる。
(4) 光架橋時の側鎖の分解による極性基の露出に起因するタンパクへの悪影響や、イ
オン交換容量の変化などの問題もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
以下に、本発明の遺伝子導入剤及びその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0028】
[遺伝子導入剤]
本発明の遺伝子導入剤は、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成した後、該分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入してなる分岐型架橋重合体よりなる。
【0029】
このような本発明の遺伝子導入剤を製造する方法に特に制限はないが、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成する芳香族化合物架橋工程と、該分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入する分岐鎖導入工程とを有する本発明の遺伝子導入剤の製造方法により製造することが好ましい。この方法において、芳香族化合物架橋工程の後に、必要に応じて、該分子間架橋体を分子量に応じて分画する分画工程を有することが好ましい。
【0030】
以下に、本発明の遺伝子導入剤を、本発明の遺伝子導入剤の製造方法により製造する場合の製造手順に従って説明するが、本発明の遺伝子導入剤の製造方法は、何ら以下の方法に限定されるものではない。
【0031】
<芳香族化合物の架橋工程>
まず、複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体(以下、「オリゴイニファター」と称す場合がある。)を形成する。
【0032】
この分子間架橋体は、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、このイニファターに光照射することにより、イニファター同士を架橋して製造することが好ましい。
【0033】
イニファターとなるN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する芳香族化合物としては、ベンゼン環に該N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基、好ましくはN,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基が3個以上分岐鎖として結合しているものが好適であり、具体的には次が例示される。即ち、3分岐鎖化合物としては、1,3,5−トリ(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られる1,3,5−トリ(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンであり、4分岐鎖化合物としては、1,2,4,5−テトラキス(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られる1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンであり、6分岐鎖化合物としては、ヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られるヘキサキス(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンが挙げられる。なお、ここで、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基に含まれるジアルキル部分のアルキル基としては、エチル基等の炭素数2〜18個のアルキル基が好ましいが、アルキル基に限らず、フェニル基など芳香族系の炭化水素基であっても構わない。即ち、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基に限らず、N,N−ジアリールジチオカルバミルメチル基等を含む、脂肪族炭化水素基及び/又は芳香族炭化水素基で置換されたN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基であれば目的を達成することができる。
【0034】
上記のイニファターは、アルコール等の極性溶媒に対しては殆ど不溶であるが、非極性溶媒には易溶である。この非極性溶媒としては炭化水素、ハロゲン化アルキル又はハロゲン化アルキレンが好適であり、特に、ベンゼン、トルエン、クロロホルム又は塩化メチレン特にトルエンが好適である。
【0035】
なお、本明細書において、イニファターとは、光照射によりラジカルを発生させる重合開始剤、連鎖移動剤としての機能と共に、成長末端と結合して成長を停止する機能、さらに光照射が停止すると重合を停止させる重合開始・重合停止剤として機能する分子のことである。
【0036】
イニファター同士を反応させるには、イニファターを含んでなる溶液を調製し、これに撹拌下で光照射することによりイニファター同士が架橋した分子間架橋体とする。
【0037】
前記溶液のイニファターの濃度は、20〜100mM程度が好適である。ただし、イニファターが完全に溶媒に溶解せずにペースト状になっていてもよい。この場合のペースト中のイニファター濃度は10〜20重量%程度である。
【0038】
照射する光の波長は、250〜400nm程度が好適である。光の照射時間は、照射強度にも依存するが、60〜720分程度が好適であり、1μW/cm〜10mW/cm程度の低い照射強度で120〜360分程度が特に好適である。
【0039】
このような条件で反応させることにより、複数の芳香族化合物が架橋した分子間架橋体を得ることができる。例えば、芳香族化合物がN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する芳香族化合物である場合、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基のチオ基が開いて芳香族化合物同士が架橋する。
【0040】
本発明では、この分子間架橋体は、2〜5個の芳香族化合物が架橋したものであることが好ましい。この架橋数が多い程、架橋構造を導入することによる効果が高いが、架橋数が過度に高いものは溶解性が低く、ポリマー重合の開始剤として不適切である。
【0041】
<分岐鎖導入工程>
このようにして分子間架橋体を得た後に、この分子間架橋体をオリゴイニファターとして、このオリゴイニファターの芳香環に、該芳香環から放射状に伸延する複数のカチオン性の分岐鎖を導入する。
【0042】
このように、予めイニファター同士を架橋した分子間架橋体に対してカチオン性の分岐鎖を導入した遺伝子導入剤は、1個の芳香族化合物に複数のカチオン性の分岐鎖を導入した後、架橋して分子間架橋体とした遺伝子導入剤に比べてゲル化の可能性が少なく、分子量の制御が容易である。また、内側にカチオン性ポリマー層を、外層に非イオン性ポリマー層を配置するといった分子設計も容易である。さらに、架橋時の側鎖の分解による極性基の露出に起因する細胞毒性等の問題や光架橋時の側鎖の分解による極性基の露出や、イオン交換容量などの問題もない。
【0043】
オリゴイニファターにカチオン性の分岐鎖を導入するには、このイニファターにビニル系モノマーを光照射リビング重合させることが好ましい。
【0044】
この場合、オリゴイニファターに重合させるビニル系モノマーとしては、アクリル酸誘導体、スチレン誘導体等のビニル系モノマーが好適であり、具体的には3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドCH=CHCONHCN(CH、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、4−N,N-ジメチルアミノスチレン、及び4−アミノスチレンの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種が挙げられ、特に、耐加水分解性に優れることから、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドCH=CHCONHCN(CH、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート等のカチオン性ビニル系モノマーが好ましい。これらのビニル系モノマーは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
【0045】
オリゴイニファターと上記ビニル系モノマーとを反応させるには、オリゴイニファター及びビニル系モノマーを含んでなる原料溶液を調製し、これに光照射することによって、オリゴイニファターに対しビニル系モノマーが結合した反応生成物を生成させる。
【0046】
該原料溶液中のビニル系モノマーの濃度は0.5M以上、例えば0.5M〜2.5Mが好適であり、オリゴイニファターの濃度は1〜20mM程度が好適である。
【0047】
照射する光の波長は250〜400nmが好適であり、例えば低圧水銀灯や高圧水銀灯などを用いることができる。光の照射時間は照射強度にも依存するが、1〜90分程度が好適であり、1μW/cm〜10mW/cm程度の低い照射強度で1〜60分程度が特に好適である。
【0048】
この光照射により、反応液中に目的とする分岐型架橋重合体が生成するので、必要に応じ精製することにより、分岐鎖部分に同一のビニル系モノマーよりなるポリマー鎖が導入されたホモポリマーを得る。
【0049】
この分岐型架橋重合体の数平均分子量は架橋数や分岐鎖の鎖数によるが、2,000〜500,000、特に2,000〜150,000、とりわけ2,000〜100,000程度が好ましい。
【0050】
なお、本明細書において、分子量とは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリエチレングリコール換算の数平均分子量をさす。
【0051】
本発明に係る分岐型架橋重合体は、このようなホモポリマーであってもよく、分岐鎖部分にさらに異なるモノマーを導入したブロックコポリマー又はランダムコポリマーであってもよい。例えば、上記ホモポリマーに対し、ホモポリマーの合成に用いたビニル系モノマーとは異なるビニル系モノマー、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミド、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレートなどを導入してもよい。また、N−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体をブロック共重合させて温度感応性ポリマーブロックを導入してもよい。
【0052】
即ち、N−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体のポリマー鎖は、低温度では親水性、高温では疎水性となる温度依存性を有する。これにより遺伝子導入剤が上記温度応答性を具備するようになる。
【0053】
なお、先にN,N−ジメチルアクリルアミド又はN−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体のポリマーよりなる分岐鎖を有した分岐型架橋重合体を形成し、その後、各分岐鎖の先端側に前述のカチオン性ビニル系モノマーよりなるポリマーブロックを導入するようにしてもよい。
【0054】
カチオン性ポリマーブロックにN,N−ジメチルアクリルアミドあるいはN−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体をブロック共重合させるには、上記のようにして合成した分岐型架橋重合体を好ましくはアルコール例えばメタノール等の溶媒に溶解させ、これにN,N−ジメチルアクリルアミド又はN−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体を混合し、光を照射して重合させればよい。この重合反応を開始する際の溶液中における分岐型架橋重合体の濃度は0.01〜10重量%程度が好適であり、N,N−ジメチルアクリルアミド又はN−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体の濃度は0.3〜30重量%程度が好適である。光の照射条件は、光波長250〜400nm、照射時間1〜150分、照射強度100〜10,000μW/cm程度が好適である。
【0055】
上記の通り、N−イソプロピルアクリルアミド又はその誘導体をブロック共重合させた遺伝子導入剤は、約30℃よりも高い温度で疎水性であり、約30℃よりも低い温度で親水性である。従って、30℃よりも低い温度で核酸と遺伝子導入剤の水溶液とを混合して遺伝子導入剤に核酸を複合させることができる。約30℃よりも高い温度では、核酸を複合した遺伝子導入剤は、温度感応性核酸よりなる疎水性部分を有し、水不溶性となる。
【0056】
<分画工程>
本発明の遺伝子導入剤の製造方法において、上記の芳香族化合物架橋工程と、分岐鎖導入工程との間に分子間架橋体を分子量に応じて分画する工程を有していてもよい。
【0057】
この場合、分画方法としては、サイズ排除カラム、溶解度フラクション等が挙げられる。分画する分子量の大きさとしては、特に制限はなく、単量体、2量体、3量体、4量体…というように架橋数毎に分画してもよいが、後の分岐鎖導入工程においてゲル状になりやすい未架橋の芳香族化合物(単量体)に対応する分子量を取り除くように分画することが好ましい。
【0058】
[核酸複合体]
上記の本発明の遺伝子導入剤(ベクター)が核酸を核酸含有複合体として包囲することによって、生体内の酵素による核酸の失活、分解を抑制することができる。
【0059】
上記遺伝子導入剤と核酸とを複合させるには、遺伝子導入剤の濃度1〜1000μg/mL程度の溶液に対し、核酸を添加し、混合すればよい。核酸に対して遺伝子導入剤を過剰量添加し、遺伝子導入剤中のカチオン性ポリマーを核酸に対し飽和状態に核酸含有複合体として複合化させるのが好ましい。
【0060】
核酸の好ましい例としては、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ遺伝子(HSV1−TK遺伝子),p53癌抑制遺伝子及びBRCA1癌抑制遺伝子やサイトカイン遺伝子としてTNF−α遺伝子,IL−2遺伝子,IL−4遺伝子,HLA−B7/IL−2遺伝子,HLA−B7/B2M遺伝子,IL−7遺伝子,GM−CSF遺伝子,IFN−γ遺伝子及びIL−12遺伝子などのサイトカイン遺伝子並びにgp−100,MART−1及びMAGE−1などの癌抗原ペプチド遺伝子が癌治療に利用できる。
【0061】
また、VEGF遺伝子,HGF遺伝子及びFGF遺伝子などのサイトカイン遺伝子並びにc−mycアンチセンス,c−mybアンチセンス,cdc2キナーゼアンチセンス,PCNAアンチセンス,E2Fデコイやp21(sdi−1)遺伝子が血管治療に利用できる。かかる一連の遺伝子は当業者には良く知られたものである。
【0062】
核酸複合体の粒径は50〜400nm程度が好適である。この粒径は、例えばレーザを用いた動的光散乱法によって測定される。粒径がこれよりも小さいと、核酸複合体内部の核酸にまで酵素の作用が及ぶおそれ、あるいは腎臓にて濾過排出されるおそれがある。また、これよりも大きいと、細胞に導入されにくくなるおそれがある。
【0063】
核酸は、細胞に導入されることによりその細胞内で機能を発現することができるような形態で用いる。例えばDNAの場合、導入された細胞内で当該DNAが転写され、それにコードされるポリペプチドの産生を経て機能発現されるように当該DNAが配置されたプラスミドとして用いる。好ましくは、プロモーター領域、開始コドン、所望の機能を有する蛋白質をコードするDNA、終止コドンおよびターミネーター領域が連続的に配列されている。
【0064】
所望により2種以上の核酸をひとつのプラスミドに含めることも可能である。
【0065】
本発明において、核酸を導入する対象として望ましい「細胞」としては、当該核酸の機能発現が求められるものであり、このような細胞としては、例えば使用する核酸(すなわちその機能)に応じて種々選択され、例えば心筋細胞、平滑筋細胞、繊維芽細胞、骨格筋細胞、血管内皮細胞、骨髄細胞、骨細胞、血球幹細胞、血球細胞等が挙げられる。また、単球、樹状細胞、マクロファージ、組織球、クッパー細胞、破骨細胞、滑膜A細胞、小膠細胞、ランゲルハンス細胞、類上皮細胞、多核巨細胞等、消化管上皮細胞・尿細管上皮細胞などである。
【0066】
本発明の核酸複合体は培養試験に用いるほか、任意の方法で生体に投与することができる。
【0067】
生体への投与方法としては静脈内又は動脈内への注入が特に好ましいが、筋肉内、脂肪組織内、皮下、皮内、リンパ管内、リンパ節内、体腔(心膜腔、胸腔、腹腔、脳脊髄腔等)内、骨髄内への投与の他に病変組織内に直接投与することも可能である。
【0068】
この核酸複合体を有効成分とする医薬は、更に必要に応じて製剤上許容し得る担体(浸透圧調整剤,安定化剤、保存剤、可溶化剤、pH調整剤、増粘剤等)と混合することが可能である。これら担体は公知のものが使用できる。
【0069】
また、この核酸複合体を有効成分とする医薬は、含まれる核酸の種類が異なる2種以上の核酸含有複合体を含めたものも包含される。このような複数の治療目的を併せ持つ医薬は、多様化する遺伝子治療の分野で特に有用である。
【0070】
投与量としては、動物、特にヒトに投与される用量は目的の核酸、投与方法および治療される特定部位等、種々の要因によって変化する。しかしながら、その投与量は治療的応答をもたらすに十分であるべきである。
【0071】
この核酸複合体は、好ましくは遺伝子治療に適用される。適用可能な疾患としては、当該複合体に含められる核酸の種類によって異なるが、末梢動脈疾患、冠動脈疾患、動脈拡張術後再狭窄等の病変を生じる循環器領域での疾患に加え、癌(悪性黒色腫、脳腫瘍、転移性悪性腫瘍、乳癌等)、感染症(HIV等)、単一遺伝病(嚢胞性線維症、慢性肉芽腫、α1−アンチトリプシン欠損症、Gaucher病等)等が挙げられる。
【実施例】
【0072】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0073】
[遺伝子導入剤の合成]
<実施例1>
i)イニファターの合成
下記反応式に従って、1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼンを次のようにして合成した。
【0074】
【化1】

【0075】
1,2,4,5−テトラキス(ブロモメチルベンゼン)5.0gとN,N−ジエチルジチオカルバミル酸ナトリウム34.0gをエタノール100mL中へ加え、遮光下、室温で4日間攪拌した。沈殿物を濾過し、3Lのメタノールへ投入して30分間撹拌して濾過した。この操作を繰り返して合計4回行った。沈殿物をトルエン200mLへ溶解した後、100mLのメタノールを加えて50℃に加温し、冷蔵庫中で15時間保管して再結晶させ結晶を濾別後、大量のメタノールで洗浄した。結晶を室温で減圧乾燥して白色の1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼンの針状結晶を得た(収率90%)。高速液体クロマトグラフィーにより、原料ピークが消失し、精製物が単一物質であることを確認した。
【0076】
H NMR(in CDCl)の測定結果はδ1.26−1.31ppm(t,24H,CHCH),δ3.69−3.77ppm(q,8H,N(CHCH),δ3.99−4.07ppm(q,8H,N(CHCH),δ4.57ppm(s,8H,Ar−CH),δ7.49ppm(s,2H,Ar−H)となった。
【0077】
ii)イニファター同士を架橋してなるオリゴイニファターの合成
下記反応式に従って、1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン同士を架橋してなるオリゴイニファターを次のようにして合成した。
なお、下記反応式は、1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン2分子の架橋反応を示すものであるが、実際の反応では、2分子の架橋反応の他に3分子の架橋反応、更には4分子以上の架橋反応が生じていると推察される。
【0078】
【化2】

上記i)で合成した1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン0.2gとトルエン2.0gとを混合しペースト状にした。このペーストを100mL滅菌瓶に移し、回転子で緩やかに撹拌しながら300Wショートアークキセノンランプ(朝日分光社製、MAX−301)で250nm〜400nmの混合紫外線を360分間照射した。照射強度は、ウシオ電機社のUIT−150にUVD−C405(検出波長範囲320nm〜470nm)を装着して測定し、5.0mW/cmに調整した。光照射は落射式で、ガラス板で密閉性を確保し、イニファターのトルエンペーストには、2mm厚の軟質ガラス板を介し光が暴露されるように行った。このシステムは、軟質ガラス板を介して光照射を行っている。従って、光源が250nm〜400nmの混合紫外線であっても、実際に透過する光の波長は、320nm〜400nmの近紫外光である。
【0079】
光照射終了後、トルエンペーストは黄褐色を呈し、僅かに不溶性のゲル状成分が生成した。ゲル状成分が混入しないようにデカンテーションを行い、ここへメタノール10mLを加えて撹拌し、不溶分を回収した。この不溶分を乾燥後、クロロホルムへ溶解し、不溶分を除去してから、クロロホルム溶液を濃縮し、メタノールへ滴下して再沈殿させ、減圧乾燥することでイニファター同士を架橋してなる分子間架橋体を得た。
【0080】
この分子間架橋体のゲルパーミエーションクロマトグラフィーでは分離不完全なブロードピークが確認され、GPCによるポリエチレングリコール換算の分子量は約700〜2,000であった。また、このGPCシステムでは、単量体の分子量は460(Mw/Mn=1.07)と測定されるが、これよりも低分子量側にアルキルベンゼンと推測される化合物のピークが確認された。
【0081】
iii)オリゴイニファターよりなる多分岐型カチオン性ホモポリマーの合成
下記反応式に従って、1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン同士を架橋してなるオリゴイニファターに対して、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(3−N,N−DMAPAAm)をビニル系モノマーとする分岐鎖を導入した。
なお、下記反応式は、1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン2分子を架橋してなる2量体のオリゴイニファターに対して、カチオン性の分岐鎖を導入する分岐鎖導入工程を示すものである。実際の反応では、2量体のオリゴイニファターの他にも、3量体のオリゴイニファター、更には4量体以上のオリゴイニファターに対しても、下記反応式と同様にカチオン性の分岐鎖が導入されると推察される。
【0082】
【化3】

上記ii)により合成した分子間架橋体30mgを30mLのクロロホルムへ溶解し、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(3−N,N−DMAPAAm)15.6gを加えて混合し、全量をクロロホルムで50mLに調整した。3mm厚軟質ガラスセル中で激しく撹拌しながら、高純度窒素ガスで10分間パージした後に、上記ii)で使用した光照射装置(朝日分光社製、MAX−301)で250nm〜400nmの混合紫外線を40分間照射した。照射強度は、2.5mW/cmに調整した。
【0083】
40分間照射後、重合溶液をエバポレーターで濃縮し、ジエチルエーテルで重合物を再沈殿させ、クロロホルム/ジエチルエーテル系で3回再沈殿を繰り返して精製し、エーテルを蒸散させた後に少量の水へ溶解し、0.2μmフィルターで濾過してから凍結乾燥させて、分子間架橋体よりなる多分岐型カチオン性ホモポリマーを得た(重合率25%)。分子量はポリエチレングリコール換算によるGPCにより、18,000(Mw/Mn=1.5)と測定された。
【0084】
H NMR(in DO)の測定結果はδ1.5−1.8ppm(br,2H,−CHCHCH−),δ2.1−2.2ppm(br,6H,N−CH),δ2.2−2.4ppm(br,2H,CH−N),δ3.0−3.4ppm(br,2H,NH−CH),δ7.4−7.8ppm(br,1H,−NH−)となった。
【0085】
得られたポリマー成分は、イニファター単量体からなる4分岐型カチオン性ホモポリマー、イニファターの2量体からなる6分岐型カチオン性ホモポリマー、イニファターの3量体からなる8分岐型カチオン性ホモポリマーの混合物になっていると推測される。
【0086】
<比較例1>
iv)イニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリマーの合成
上記i)により合成した1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン90mgを20mLのトルエンへ溶解し、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(3−N,N−DMAPAAm)4gを加えて混合し、全量をトルエンで50mLに調整した。光照射時間を30分間としたこと以外は、上記ii)の方法と同様に重合を行い、精製を行って、イニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリマー(pDMAPAAm)を得た。分子量は、ポリエチレングリコール換算のGPCにより、17,000(Mw/Mn=1.4)と測定された。
【0087】
<比較例2,3>
v)イニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリー同士の光架橋
1,2,4,5−テトラキス[(N,N−ジエチルジチオカルバミル)−ポリ−(3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド)−メチル]ベンゼン同士の光架橋を行った。
【0088】
即ち、上記iv)で合成した分子量17,000のイニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリマー(pDMAPAAm)0.2gを100mL滅菌瓶へ入れ、3.0gのトルエンへ溶解し、回転子で緩やかに撹拌しながらii)と同じ光照射装置で光照射重合を行った。光照射は落射式で2mm厚の軟質ガラス板を介して行い、照射強度は1.0mW/cm、光照射時間は90分(比較例2)、180分(比較例3)とした。照射終了後、比較例3では、ポリマーのほぼ全量が不溶性のゲルとなった。ゲルは黄褐色を呈し、強いアミン臭がした。比較例2では、トルエン溶液に不溶性のゲルが浮遊していた。比較例2及び比較例3のトルエン溶液を濾過して不溶分を除去し、エバポレーターで濃縮し、ジエチルエーテルへ滴下してポリマー成分を沈殿させた。その後、クロロホルム/ジエチルエーテル系で3回再沈殿処理を行って精製した。
【0089】
得られたカチオン性ホモポリマー同士の光架橋体の分子量は、ポリエチレングリコール換算によるGPCにより、比較例2が22,000(Mw/Mn=2.2)、比較例3が32,000(Mw/Mn=2.7)となり、分子量が増大し、ピーク形状も高分子量側に大きな肩を有するブロードなものとなった。
【0090】
ポリマー成分の回収率は、比較例2が約50%、比較例3が約5%であり、比較例3ではほとんどのポリマーが不溶性のゲルとなったことがわかる。不溶性のゲルとなる理由としては、複雑に架橋点が点在するネットワーク構造体となっていることが推測される。
【0091】
<比較例4>
vi)ヘキサキス(N,N−ジチオカルバミルメチル)ベンゼンの合成
ヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼン5.0gとN,N−ジチオカルバミル酸ナトリウム塩31.8gをエタノール1L中へ加え、室温で4日間撹拌した。沈殿物を濾過し、1Lのメタノールで3回洗浄して減圧乾燥し、クロロホルム200mLへ溶解し、150mLの水を加えて抽出分離した。この操作を3回繰り返した後、クロロホルム層を硫酸マグネシウムで24時間乾燥させた後濾過し、n−ヘキサンを加え、再結晶を行って精製し、微かに淡青色を帯びたヘキサキス(N,N−ジチオカルバミルメチル)ベンゼンの白色結晶を得た(収率90%)。
【0092】
H NMR(in CDCL)の測定結果はδ1.26−1.31ppm(t,36H,−N(CHCH),δ3.71−4.01ppm(wq,24H,−N(CHCH),δ4.57ppm(s,12H,Ar−CH)となった。
【0093】
vii) イニファター単量体よりなる6分岐型カチオン性ホモポリマーの合成
上記vi)により合成したヘキサキス(N,N−ジチオカルバミルメチル)ベンゼン46mgを30mLのクロロホルムへ溶解し、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド7.9gを加えて混合し、全量をクロロホルムで50mLに調整した。上記ii)と同様に40分間の光照射を行い、照射後、重合溶液をエバポレーターで濃縮し、ジエチルエーテルで重合物を再沈殿させ、クロロホルム/ジエチルエーテル系で3回再沈殿を繰り返して精製し、エーテルを蒸散させた後に少量の水へ溶解し、0.2μmフィルターで濾過してから凍結乾燥させて6分岐型カチオン性ホモポリマーを得た(重合率25%)。分子量は、ポリエチレングリコール換算によるGPCにより、18,000(Mw/Mn=1.2)と測定された。
【0094】
H NMR(in DO)の測定結果は、δ1.0−1.7ppm(br,2H,−CHCHCH−),δ1.9−2.1ppm(br,6H,N−CH),δ2.1−2.3ppm(br,2H,CH−N),δ2.9−3.0ppm(br,2H,NH−CH)となった。
【0095】
[遺伝子導入実験]
細胞にはアフリカミドリサル腎細胞の由来のCOS-1を使用し、DNAにはpGL3コントロールベクターを使用した。COS-1細胞は細胞数を4万個/mLへ調整して24Well培養皿へ播種し、培養24時間後に遺伝子導入を行った。
【0096】
上記iii)にて合成した分子間架橋体よりなる多分岐型カチオン性ホモポリマー(実施例1)、上記iv)で合成したイニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリマー(比較例1)、上記v)で合成したイニファター単量体よりなる4分岐型カチオン性ホモポリマー同士の光架橋体(比較例2,3)、上記vii)で合成したイニファター単量体よりなる6分岐型カチオン性ホモポリマー(比較例4)を遺伝子導入剤として使用した。遺伝子導入剤中の単位重量あたりの陽電荷数は、カチオン性ポリマーのモノマー単位の分子量156から計算して求めた。DNA中の単位重量あたりの陰電荷数は配列マップによる塩基対数と核酸塩基の平均分子量660とから計算した。
【0097】
この遺伝子導入剤をDNAと150μLのOPTI−MEM中で30分間インキュベートした。混合比は陽電荷数が陰電荷数の20倍となるように調整し、0.5μgのDNAが各wellへ投与されるように溶液を調整し、培養細胞へ加えた。トランスフェクションの48時間後にルシフェラーゼアッセにより遺伝子導入活性の評価を行った(プロメガ社、アッセイキット試薬)。補正はタンパク濃度で行い、タンパク定量はBioRad社のBradford試薬で行った。結果を図1に示す。
【0098】
[考察]
以上の結果から次のことがわかる。
4分岐型カチオン性ホモポリマーよりなる遺伝子導入剤(比較例1)よりも6分岐型カチオン性ホモポリマーよりなる遺伝子導入剤(比較例4)の方が高い遺伝子導入活性を示していることから、分岐鎖数が多い遺伝子導入剤の方が遺伝子の導入に有利であることがわかる。また、4分岐型カチオン性ホモポリマーよりなる遺伝子導入剤(比較例1)よりも、4分岐型カチオン性ホモポリマー同士を90分間光照射して架橋した遺伝子導入剤(比較例2)の方が高い遺伝子導入活性を示していることからも、分岐鎖の数が多い方が遺伝子の導入に有利であることがわかる。
【0099】
これに対し、4分岐型カチオン性ホモポリマー同士を180分間光照射して架橋した遺伝子導入剤(比較例3)は、4分岐型カチオン性ホモポリマー同士を90分間光照射して架橋した遺伝子導入剤(比較例2)よりも遺伝子導入活性が低下した。これは、分岐型重合体同士の架橋よりも、同一分岐型重合体内で複雑なネットワーク構造が形成され、比較例3の遺伝子導入剤の溶媒に対する溶解性が低下したためであると考えられる。
【0100】
即ち、この遺伝子導入実験では、遺伝子導入剤を生理食塩水に溶解して用いており、比較例3の遺伝子導入剤のように溶媒に対する溶解性が低い場合、DNAと遺伝子導入剤とを最適混合比である1:20で混合することができないため、遺伝子導入活性が低下すると考えられる。また、この比較例3では、光照射時間が90分を過ぎるとゲル状の不溶成分が急激に増加し、架橋による効果を得ることができる架橋度と、不溶性のゲルとなる架橋度とを見極めることが困難であった。従って、回収率も非常に少なかった。
【0101】
一方、予めイニファター同士を架橋したオリゴイニファターにカチオン性の分岐鎖を導入した実施例1の遺伝子導入剤は、イニファター単量体にカチオン性の分岐鎖を導入した比較例1,4の遺伝子導入剤や、イニファター単量体にカチオン性の分岐鎖を導入した後、架橋体とした比較例2,3の遺伝子導入剤に比べて遺伝子導入活性に優れている。また、オリゴイニファターにカチオン性の分岐鎖を導入した実施例1の遺伝子導入剤は、イニファター単量体にカチオン性の分岐鎖を導入した後、架橋体とした比較例2,3に遺伝子導入剤よりも、ゲル化の可能性が少なく、分子設計、分子量などの制御が容易であることもわかる。
【図面の簡単な説明】
【0102】
【図1】実施例及び比較例の結果を示すグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成した後、該分子間架橋体の芳香環に、該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入してなる分岐型架橋重合体よりなる遺伝子導入剤。
【請求項2】
請求項1において、前記分子間架橋体は、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、該イニファターに光照射することにより該イニファター同士を架橋してなる分子間架橋体であることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項3】
請求項2において、前記イニファターは、ベンゼン環を核とし、この核に分岐鎖として3個以上の該N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が結合していることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項4】
請求項2又は3において、前記N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基であることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれか1項において、前記カチオン性の分岐鎖は、前記分子間架橋体にビニル系モノマーを光照射リビング重合させることにより、前記芳香環に導入されることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項6】
請求項5において、前記ビニル系モノマーが、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N-ジメチルアクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリレート、N−イソプロピルアクリルアミド、及びN−イソプロピルアクリルアミドの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項7】
請求項2ないし6のいずれか1項において、前記イニファターのN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基が架橋点として寄与していることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項8】
請求項5ないし7のいずれか1項において、前記カチオン性の分岐鎖はビニル系モノマーのホモポリマーよりなることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項9】
請求項5ないし7のいずれか1項において、前記カチオン性の分岐鎖は、前記ビニル系モノマーと、該ビニル系モノマーとは異なるモノマーとのランダムコポリマー又はブロックコポリマーであることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項10】
請求項1ないし9のいずれか1項において、前記分子間架橋体は、前記芳香族化合物が2〜5個架橋したものであることを特徴とする遺伝子導入剤。
【請求項11】
請求項1ないし10のいずれか1項に記載の遺伝子導入剤を製造する方法であって、
複数の芳香族化合物を架橋して分子間架橋体を形成する芳香族化合物架橋工程と、
該分子間架橋体の芳香環に該芳香環から放射状に伸延するカチオン性の分岐鎖を複数導入する分岐鎖導入工程とを有することを特徴とする遺伝子導入剤の製造方法。
【請求項12】
請求項11において、前記芳香族化合物架橋工程の後、該分子間架橋体を分子量に応じて分画する分画工程を有することを特徴とする遺伝子導入剤の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2010−88399(P2010−88399A)
【公開日】平成22年4月22日(2010.4.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−264175(P2008−264175)
【出願日】平成20年10月10日(2008.10.10)
【出願人】(591108880)国立循環器病センター総長 (159)
【出願人】(000005278)株式会社ブリヂストン (11,469)
【Fターム(参考)】