JP2023507617A - 脳腫瘍を治療するための架橋ナノセラノスティクスにおけるシーケンシャルターゲティング - Google Patents
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Abstract
本発明は、本明細書に定義されている式(I)の化合物を提供する。本発明は、本発明の複数の複合体を含むナノ粒子、及び薬物送達、疾病治療、及びイメージング方法のためのナノ粒子の使用方法も提供する。【選択図】図1
Description
関連技術
本願は、2019年12月17日に出願された米国特許仮出願第62/949,284号の優先権を主張し、全ての目的のためその全文は本明細書に援用される。
本願は、2019年12月17日に出願された米国特許仮出願第62/949,284号の優先権を主張し、全ての目的のためその全文は本明細書に援用される。
連邦支援研究開発下でなされた発明に対する権利に関する陳述
本発明は、米国国立衛生研究所/国立がん研究所によって交付された助成金番号R01HD086195、並びに米国国立衛生研究所/米国国立小児保健・発育研究所によって交付された助成金番号R01HD086195の下に米国政府の支援を受けてなされた。 米国政府は本発明に一定の権利を有する。
本発明は、米国国立衛生研究所/国立がん研究所によって交付された助成金番号R01HD086195、並びに米国国立衛生研究所/米国国立小児保健・発育研究所によって交付された助成金番号R01HD086195の下に米国政府の支援を受けてなされた。 米国政府は本発明に一定の権利を有する。
脳腫瘍に対する治療薬の有効性は、血液循環における重度の撹乱効果を含む複数の薬物送達障壁、血液脳関門/血液脳腫瘍関門(BBB/BBTB)及び限定的腫瘍取込みによって著しく妨害される。本明細書では、脳腫瘍への薬物送達を改善するためにこれらの重要な生理学的障壁を回避するため、架橋シーケンシャルターゲティング(STICK)ナノデリバリー戦略が提示されている。STICKナノ粒子(STICK-NP)は、BBB/BBTB及び脳腫瘍細胞を、それぞれ、表面マルトビオン酸(MA)及び4-カルボキシフェニルボロン酸(CBA)を用いて連続的に標的化し、MA及びCBAにより生体内生成されたpH応答性架橋によってナノ粒子安定性を同時に増強することができた。STICK-NPは、遊離薬剤より循環時間延長(17倍以上高い曲線下面積)を示し、MAによるグルコース輸送体媒介トランスサイトーシスによってBBB/BBTBを通過する機会増加させた。次いで、腫瘍酸性環境は、STICK-NPのより小さいナノ粒子への形質転換を引き起こし、深い腫瘍浸潤のための二次CBA標的部分を示し、腫瘍細胞内の取込みを増強した。STICK-NPは、侵襲性及び化学療法抵抗性のびまん性橋膠腫を有するマウスにおいて、腫瘍増殖を著しく阻害し、限定的な毒性と共に生存時間を延長した。この製剤は、シンプルかつスマートなSTICKデザインを用いてオンデマンドで複数の生理学的障壁に立ち向かう。したがって、これらの特徴は、STICK-NPがこれらの治療有効性を改善するための脳腫瘍治療薬の可能性を解放することを可能とする。
グリオブラストーマ(GBM)又はびまん性橋膠腫(DIPG)などの侵襲性脳腫瘍を有する患者は、予後不良を有する。特に、DIPGに関して、壊滅的及び侵襲性小児脳腫瘍は橋腹側において生じ、放射線療法は現在唯一の治療法である。DIPGを有する小児は、約2%の5年生存率しか有しない。ビンクリスチン(VCR)などの多くの化学療法薬及びヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)の阻害薬、ブロモドメインと末端外モチーフ(BET)のブロモドメイン類、及びゼスト類似体2(EZH2)のエンハンサーなどの新規エピジェネティック調節薬は、前臨床モデルにおいて有望な結果を示した。残念ながら、化学療法薬及びエピジェネティック調節薬に対する全ての臨床治験は、放射線単独と比較して治療成績を改善しなかった。これらの薬剤の臨床治療効果は、血液循環中の強い撹乱状態を含む重度の生理学的障壁(障壁1)、血液脳関門(BBB)/血液脳腫瘍関門(BBTB)(障壁2)、標的腫瘍細胞に対する低特異性(障壁3)並びに脳腫瘍により示される比較的弱い増強透過性及び保持効果のせいで、脳腫瘍への薬物送達不良により著しく妨害される(図1A)。脳腫瘍に対する新規治療戦略を開発する明白かつ緊急のニーズが存在する。
様々なナノ担体は、それぞれ、BBB/BBTB(例えば、グルコース輸送体1(GLUT1)、トランスフェリン受容体、低密度リポタンパク質受容体、コリン輸送体、及びアミノ酸輸送体)及び腫瘍細胞/組織(例えば、シアル酸、インテグリンファミリー、トロポミオシン受容体キナーゼ(TRK)ファミリータンパク質、上皮増殖因子受容体(EGFR)、及び葉酸受容体)に対する受容体又は輸送体を積極的に標的とすることによってこれらの生物学的障壁を回避する試みにおいて報告されている。BBB/BBTBは、血液由来基質の中枢神経系(CNS)の柔組織への横断を制御し、化学療法薬を含む有害薬剤を侵入から防御する高度に調整された障壁である。グルコースを含むいくつかの栄養素は、脳に必須である。グルコースのCNSへの輸送はGLUT1によって促進され、BBB/BBTB上に特異的に局在する。いくつかの研究は、ナノ粒子の輸送体媒介トランスサイトーシスのための検証された標的としてGLUT1を確立した。多くの型の腫瘍細胞(脳腫瘍のものを含む)は、膜糖タンパク質上のシアル酸発現増加を示すことも知られている。悪性形質転換中の細胞膜の過シアル化(hypersialation)は、がん患者において腫瘍増殖及び転移に寄与するだけでなく予後不良に強く関連する。したがって、これらのシアル酸付加異常による腫瘍細胞の標的化は、がん治療のための魅力的戦略であった。GLUT1及びシアル酸は、異なるナノ担体を用いて別々に標的化されたが、決して1つの粒子設計を用いて二重/連続的に標的化されなかった。
脳腫瘍送達におけるチャレンジに立ち向かうため、多機能性ナノ粒子は、脳腫瘍への薬物送達における全過程はもちろん各送達段階についての動的要件を考慮して設計されなければならない。いくつかの二重標的化戦略は、脳腫瘍送達における複数の障壁に取り組むために試みて開発された。例えば、二重標的化ペプチドであるアンジオペプ-2(angiopep-2)は、BBB及びGBM細胞両方を標的とするナノ粒子上に修飾され、この二重標的化ナノ担体は、優れた抗脳内GBM効果を示すことが実証された。ポリソルベート80(PS80)は、BBB及びHer2+乳がん脳転移の両方を標的とするポリマー結合トラスツズマブ(抗Her2抗体)に導入された。この系では、第一ステップは、循環アポリポタンパク質のPS80媒介漸増に関係してトランスサイトーシスをもたらし、第二ステップは、ナノ粒子解離後トラスツズマブを用いて乳がん細胞上のHer2を標的とすることであった。概念的には魅力的であるが、これらの従来の二重標的化設計は、通常、ナノ粒子表面上の1つ又は2つの異なる標的部分を単純に修飾することによって行う。これらの部分のみが、脳腫瘍送達の複雑な問題に精巧に取り組むナノ粒子プラットフォームに様々な好ましい物理的特徴を付加しないで目的を標的化に役立つ。
本明細書では、脳腫瘍への薬物送達を改善する単純だがその上で効果的な架橋シーケンシャルターゲティング(STICK)ナノデリバリー手法を開発する。戦略的に、標的分子の1つの固有対、それぞれ、BBBに関する二重標的部分、GLUT1及びシアル酸による脳腫瘍として、マルトビオン酸(MA、グルコース誘導体)及び4-カルボキシフェニルボロン酸(CBA)を選択し、インターロックSTICKナノ粒子(STICK NP)を構築した。標的機能を超えて、標的部分のこの対は、pH感受性ボロン酸エステル結合を生成してミセル間架橋によりナノ担体を安定化し、それにより血液循環におけるNP安定性の利益を得ることができた(図1A、障壁1)。ナノ粒子表面上の過剰MA(グルコース誘導体)をGLUT1により認識し、次いで、GLUT1媒介BBB/BBTBトランスサイトーシスを引き起こすことができる(図1A、障壁2)。固形腫瘍において酸性細胞外pHに暴露することによって、内因性MA-CBAボロン酸エステル架橋は切断され、その結果、それぞれ、より深い腫瘍浸潤及び腫瘍表面シアル酸の認識を可能とする新たに遮蔽されていない表面CBA(レクチンの合成ミミック)を含む小さい二次ナノ粒子へのSTICK NPの形質転換をもたらす(図1A、障壁3)。この試験では、これらのシーケンシャルターゲティング能、薬物動態、及びpH依存性薬物放出/形質転換特徴を含むSTICK手法を用いて各障壁を克服するように特異的に設計された動的特性のための段階的証明を提供する。そして、2つの異なる侵襲性同所性脳腫瘍モデルにおけるデュアルモダリティイメージング及び抗がん有効性を用いてこれらの優れた抗がん標的化能を実証した。
1つの実施形態では、本発明は、式I:(R1)m-D1-L1-PEG-L2-D2-(R2)n (I)の化合物であって、前記式(I)中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体であり;各R2は、独立して、コール酸又はコール酸誘導体であり;D1及びD2は、各々独立して、単一焦点基及び複数の分岐モノマー単位Xを有する樹枝状高分子であり;各分岐モノマー単位Xは、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシアミノカルボン酸であり;L1及びL2は、各々独立して、前記樹枝状高分子の前記焦点基と連結された結合又はリンカーであり;PEGは、1~100kDaの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)ポリマーであり;下付き文字mは、2~8の整数であり;及び下付き文字nは、2~16の整数である、化合物を提供する。
別の実施形態では、本発明は、複数の第一複合体及び第二複合体を含むナノ粒子であって、各第一複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体であり;各第二複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体であり;複数の複合体は、ナノ粒子の内部が疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部を含むように架橋結合を生成してナノ粒子を形成することにより自己集合する、ナノ粒子を提供する。
別の実施形態では、本発明は、親水性外部及び内部を含むナノ粒子であって、前記ナノ粒子内部は、疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部及び親水性ミセル外部を含み、各ミセルは複数の第一及び第二複合体を含み、各第一複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体であり;各第二複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体であり;前記複数の第一及び第二複合体は、架橋結合を生成して、前記疎水性コアを有し、前記親水性ミセル外部上に前記架橋結合を有する前記ミセルを形成することによって自己集合する、ナノ粒子を提供する。
別の実施形態では、本発明は、薬物の送達方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子を投与することであって、前記ナノ粒子は、親水性及び/又は疎水性薬物及び複数の架橋結合を更に含む、ことと;前記薬物を前記ナノ粒子から放出するように前記架橋結合を生体内切断し、それにより、それを必要とする対象に前記薬物を送達することと、を含む方法を提供する。
別の実施形態では、本発明は、疾病の治療方法であって、前記方法は、本発明のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性薬物を更に含む、方法を提供する。
別の実施形態では、本発明は、イメージング方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性イメージング剤を更に含む、ことと;前記対象をイメージングすることと、を含む方法を提供する。
I.全般
本発明は、デンドリマー化合物であって、1つの末端はコール酸又はその誘導体を含み、他の末端は、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体を含み、架橋によってナノ担体を形成することができるデンドリマー化合物を提供する。ナノ担体は、架橋することができ、内部に親水性及び疎水性薬物を含むことができる複数の少なくとも2つの異なる複合体を含む。ナノ担体を、薬物送達、疾病の治療、及びイメージングのために使用することができる。
本発明は、デンドリマー化合物であって、1つの末端はコール酸又はその誘導体を含み、他の末端は、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体を含み、架橋によってナノ担体を形成することができるデンドリマー化合物を提供する。ナノ担体は、架橋することができ、内部に親水性及び疎水性薬物を含むことができる複数の少なくとも2つの異なる複合体を含む。ナノ担体を、薬物送達、疾病の治療、及びイメージングのために使用することができる。
II.定義
特に他の意味に指定されない限り、本明細書で使用される全ての技術及び科学用語は、本発明が属する分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。加えて、本明細書に記載されている方法又は物質と類似又は均等ないずれの方法又は物質も、本発明の実施において使用することができる。本発明の目的のため、以下の用語を定義する。
特に他の意味に指定されない限り、本明細書で使用される全ての技術及び科学用語は、本発明が属する分野の当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。加えて、本明細書に記載されている方法又は物質と類似又は均等ないずれの方法又は物質も、本発明の実施において使用することができる。本発明の目的のため、以下の用語を定義する。
本明細書で使用されるとき、「a」、「an」、又は「the」は、1メンバーを含む態様を含むだけでなく、1メンバーより多いメンバーを含む態様も含む。例えば、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈上明白に他の意味に指示されない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「細胞(a cell)」と言うのは、複数のかかる細胞を含み、「薬剤(the agent)」と言うのは、当業者に公知の1つ以上の薬剤への言及を含む、など。
「ペプチド」は、ペプチド結合により共有結合された2つ以上のアミノ酸を含む化合物を表す。本明細書で使用されるとき、該用語は、完全長タンパク質を含むいずれの長さのアミノ酸鎖を含む。
「1,2-ジヒドロキシ化合物」は、隣接炭素原子上に存在する少なくとも2つのヒドロキシル基を有する化合物を表す。1,2-ジヒドロキシ化合物としては、糖類、グルコース、グルコース誘導体、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースが挙げられるが、これらに限定されない。
「ボロン酸誘導体」は、-B(OH)2官能基を有する化合物を表す。ボロン酸誘導体の例としては、3-カルボキシ-5-ニトロフェニルボロン酸、4-カルボキシフェニルボロン酸、3-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシフェニルボロン酸、4-(ヒドロキシメチル)フェニルボロン酸、5-ブロモ-3-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-4-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-メトキシ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシ-5-ピリジンボロン酸、6-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、5-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、4-カルボキシ-3-フルオロフェニルボロン酸、及び4-(ブロモメチル)フェニルボロン酸が挙げられるが、これらに限定されない。
「コール酸」は、(R)-4-((3R,5S,7R,8R,9S,10S,12S,13R,14S,17R)-3,7,12-トリヒドロキシ-10,13-ジメチルヘキサデカヒドロ-1H-シクロペンタ[a]フェナントレン-17-イル)ペンタン酸を表す。コール酸は、3α,7α,12α-トリヒドロキシ-5β-コラン酸;3-α,7-α,12-α-トリヒドロキシ-5-コラン-24-酸;17-β-(1-メチル-3-カルボキシプロピル)エチオコラン-3α,7α,12α-トリオール;コーラル酸;及びコラリンとしても知られている。これに限定されないが、アロコール酸、ピトコール酸、アビコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸などのコール酸誘導体及び類似体も本発明に有用である。コール酸誘導体を、ミセル安定性及び膜活性などのテロデンドリマーアセンブリから得られるナノ担体の特性を調節すりょうに設計することができる。例えば、コール酸誘導体は、1つ以上のグリセロール基、アミノプロパンジオール基、又は他の基で修飾されている親水性面を有することができる。
「モノマー」又は「モノマー単位」は、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシアミノカルボン酸を表す。本発明のジアミノカルボン酸基の例としては、2,3-ジアミノプロパン酸、2,4-ジアミノブタン酸、2,5-ジアミノペンタン酸(オルニチン)、2,6-ジアミノヘキサン酸(リジン)、(2-アミノエチル)-システイン、3-アミノ-2-アミノメチルプロパン酸、3-アミノ-2-アミノメチル-2-メチルプロパン酸、4-アミノ-2-(2-アミノエチル)酪酸及び5-アミノ-2-(3-アミノプロピル)ペンタン酸が挙げられるが、これらに限定されない。本発明のジヒドロキシカルボン酸基の例としては、グリセリン酸、2,4-ジヒドロキシ酪酸、グリセリン酸、2,4-ジヒドロキシ酪酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロパン酸及び2,2-ビス(ヒドロキシメチル)酪酸が挙げられるが、これらに限定されない。ヒドロキシアミノカルボン酸の例としては、セリン及びホモセリンが挙げられるが、これらに限定されない。当業者は、他のモノマー単位は本発明に有用であると理解するだろう。
「ジアミノカルボン酸」は、2つのアミン官能基及び少なくとも1つのカルボン酸官能基を含む化合物を表す。
「ジヒドロキシカルボン酸」は、2つのヒドロキシル官能基及び少なくとも1つのカルボン酸官能基を含む化合物を表す。
「ヒドロキシルアミノカルボン酸」は、少なくとも1つのヒドロキシル官能基、少なくとも1つのアミン官能基を含む化合物を表す。
「ナノ粒子」又は「ナノ担体」は、本発明のミセルのアグリゲーションから得られる粒子又は担体を表す。ナノ粒子又はナノ担体は、1~500ナノメートル以上の範囲の径を有する球状であり得る。本発明のナノ担体は、ミセルを含む親水性内部及び親水性外部を有する。
「ミセル」は、本発明の化合物のアグリゲートを表す。本発明のミセルは、疎水性コア及び親水性外部を有し、ナノ粒子内部環境の一部である。
「薬物」は、病態又は疾病を治療及び/又は寛解することができる薬剤を表す。 薬物は、水を反発するいずれかの薬物である疎水性薬物であってもよく、水に可溶である親水性薬物であってもよい。本発明に有用な疎水性薬物としては、デオキシコール酸、タキサン系薬、ドキソルビシン、エトポシド、イリノテカン、パクリタキセル(PTX)、ドセタキセル、パツピロン(エポセロンクラス)、ラパマイシン及び白金系薬が挙げられるが、これらに限定されない。本発明に有用な親水性薬物としては、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、及びシクロホスファミドが挙げられるが、これらに限定されない。他の薬物としては、非ステロイド系抗炎症剤、及びビンブラスチン及びビンクリスチンなどのビンカアルカロイドが挙げられる。本発明の薬物は、プロドラッグ体も含む。当業者は、他の薬物は本発明に有用であると理解するだろう。
「イメージング」は、本発明の化合物など、イメージング剤の部位を決定するための対象の外側にある装置の使用を表す。 イメージングツールの例としては、蛍光顕微鏡、ポジトロン断層撮影(PET)、磁気共鳴画像(MRI)、超音波、単一光子放射型コンピュータ断層撮影(SPECT)及びX線コンピュータ断層撮影(CT)が挙げられるが、これらに限定されない。
「イメージング剤」は、これに限定されないが、蛍光顕微鏡、MRI、PET、SPECT、及びCTを含むイメージング法のため、細胞又は身体の部位内の構造のコントラストを増大する化合物を表す。イメージング剤は、放射線、蛍光、磁場又は電波を放射することができる。イメージング剤としては、放射性金属キレート剤、放射性金属原子又はイオン、及びフルオロフォアが挙げられるが、これらに限定されない。
「投与すること」は、対象への経口投与、坐剤としての投与、局所接触、非経口、静脈内、腹腔内、筋肉内、病巣内、鼻腔内若しくは皮下投与、くも膜下腔内投与、又は持続放出装置、例えば、ミニ浸透圧ポンプの移植を表す。
「対象」は、これに限定されないが、霊長類(例えば、ヒト)、ウシ、ヒツジ、ヤギ、ウマ、イヌ、ネコ、ウサギ、ラット、マウス及び同様なものを含む哺乳類などの動物を表す。特定の実施形態では、対象は、ヒトである。
「治療有効量」又は「治療充分量」又は「有効量若しくは充分量」は、投与する対象に対して治療効果をもたらす用量を表す。 正確な用量は、治療目的に依存するだろうし、公知技術を用いて当業者により確認されるだろう(例えば、Lieberman,Pharmaceutical Dosage Forms(vols.1‐3,1992);Lloyd,The Art,Science and Technology of Pharmaceutical Compounding(1999);Pickar,Dosage Calculations(1999);and Remington:The Science and Practice of Pharmacy,20th Edition,2003,Gennaro,Ed., Lippincott,Williams & Wilkins参照)。 感作細胞では、治療有効な用量は、しばしば、非感作細胞の従来の治療有効な用量より低い可能性がある。
「治療する」、「治療すること」及び「治療」は、緩解、寛解;軽快;徴候を減少すること若しくは患者により容認できる徴候、傷害、症状若しくは病態にすること;徴候若しくは病態の頻度若しくは期間を低減すること;又は、場合によっては、徴候の発症を予防することなどいずれかの客観的若しくは主観的パラメータを含む、傷害、症状、病態、又は徴候(例えば、疼痛)の治療又は寛解の成功の証を表す。 徴候の治療又は寛解は、例えば、身体検査の結果を含むいずれかの客観的又は主観的パラメータに基づき得る。
「疾病」は、いずれかの外傷のせいではない生物の一部又は全部の構造又は機能に悪影響を与える異常状態を表す。疾病は、特定の徴候及び兆候に関連する医学的状態と解釈されることが多い。疾病としては、がん、免疫不全、過敏症、アレルギー、及び自己免疫疾患を挙げることができる。
III.化合物
いくつかの実施形態では、本発明は、式I:(R1)m-D1-L1-PEG-L2-D2-(R2)n (I)の化合物を提供する。前記式中:各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体であり;各R2は、独立して、コール酸又はコール酸誘導体であり;D1及びD2は、各々独立して、単一焦点基及び複数の分岐モノマー単位Xを有する樹枝状高分子であり;各分岐モノマー単位Xは、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシアミノカルボン酸であり;L1及びL2は、各々独立して、前記樹枝状高分子の前記焦点基と連結された結合又はリンカーであり;PEGは、1~100kDaの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)ポリマーであり;下付き文字mは、2~8の整数であり;及び下付き文字nは、2~16の整数である。
いくつかの実施形態では、本発明は、式I:(R1)m-D1-L1-PEG-L2-D2-(R2)n (I)の化合物を提供する。前記式中:各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体であり;各R2は、独立して、コール酸又はコール酸誘導体であり;D1及びD2は、各々独立して、単一焦点基及び複数の分岐モノマー単位Xを有する樹枝状高分子であり;各分岐モノマー単位Xは、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシアミノカルボン酸であり;L1及びL2は、各々独立して、前記樹枝状高分子の前記焦点基と連結された結合又はリンカーであり;PEGは、1~100kDaの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)ポリマーであり;下付き文字mは、2~8の整数であり;及び下付き文字nは、2~16の整数である。
本発明の各R1としては、当業者に公知の適切なペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体を挙げることができる。
いくつかの実施形態では、各R1は、ペプチドである。いくつかの実施形態では、ペプチドは、オリゴペプチド、環式ペプチド、ジペプチド、トリペプチド、又はテトラペプチドである。いくつかの実施形態では、ペプチドは、アンジオペプ-2、リキシセナチド、プレカナチド、パーサビブ、テリパラチド、又はアバロパラチドなどのオリゴペプチドである。いくつかの実施形態では、ペプチドは、アンジオペプ-2である。
いくつかの実施形態では、各R1は、1,2-ジヒドロキシ化合物である。いくつかの実施形態では、1,2-ジヒドロキシ化合物は、レボドパ、ドーパミン、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、アロース、フルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースである。いくつかの実施形態では、1,2-ジヒドロキシ化合物は、レボドパ、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースである。いくつかの実施形態では、1,2-ジヒドロキシ化合物は、マルトビオン酸である。
いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体である。いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、アンジオペプ-2、レボドパ、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースである。いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、マルトビオン酸である。
いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体である。いくつかの実施形態では、ボロン酸誘導体は、フェニルボロン酸、2-チエニルボロン酸、メチルボロン酸、cis-プロペニルボロン酸、trans-プロペニルボロン酸、3-カルボキシ-5-ニトロフェニルボロン酸、4-カルボキシフェニルボロン酸、3-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシフェニルボロン酸、4-(ヒドロキシメチル)フェニルボロン酸、5-ブロモ-3-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-4-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-メトキシ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシ-5-ピリジンボロン酸、6-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、5-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、4-カルボキシ-3-フルオロフェニルボロン酸、又は4-(ブロモメチル)フェニルボロン酸である。
いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、3-カルボキシ-5-ニトロフェニルボロン酸、4-カルボキシフェニルボロン酸、3-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシフェニルボロン酸、4-(ヒドロキシメチル)フェニルボロン酸、5-ブロモ-3-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-4-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-メトキシ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシ-5-ピリジンボロン酸、6-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、5-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、4-カルボキシ-3-フルオロフェニルボロン酸、又は4-(ブロモメチル)フェニルボロン酸である。いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、4-カルボキシフェニルボロン酸である。
R2は、当業者に公知のいずれかの適切なコール酸又はコール酸誘導体であり得る。コール酸誘導体及び類似体としては、アロコール酸、ピトコール酸、アビコール酸、デオキシコール酸、及びケノデオキシコール酸が挙げられるが、これらに限定されない。 コール酸誘導体を、ミセル安定性及び膜活性などのテロデンドリマーアセンブリから得られるナノ担体の特性を調節すりょうに設計することができる。 例えば、コール酸誘導体は、1つ以上のグリセロール基、アミノプロパンジオール基、又は他の基で修飾されている親水性面を有することができる。
いくつかの実施形態では、各R2は、独立して、コール酸、(3α、5β、7α、12α)-7,12-ジヒドロキシ-3-(2,3-ジヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-4OH)、(3α、5β、7α、12α)-7-ヒドロキシ-3,12-ジ(2,3-ジヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-5OH)、又は(3α、5β、7α、12α)-7,12-ジヒドロキシ-3-(3-アミノ-2-ヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-3OH-NH2)である。いくつかの実施形態では、各R2は、コール酸である。
いくつかの実施形態では、各分岐モノマー単位Xは、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸及びヒドロキシアミノカルボン酸であり得る。いくつかの実施形態では、Xは、ジアミノカルボン酸である。いくつかの実施形態では、各ジアミノカルボン酸は、2,3-ジアミノプロパン酸、2,4-ジアミノブタン酸、2,5-ジアミノペンタン酸(オルニチン)、2,6-ジアミノヘキサン酸(リジン)、(2-アミノエチル)-システイン、3-アミノ-2-アミノメチルプロパン酸、3-アミノ-2-アミノメチル-2-メチルプロパン酸、4-アミノ-2-(2-アミノエチル)酪酸又は5-アミノ-2-(3-アミノプロピル)ペンタン酸であり得る。 いくつかの実施形態では、各ジヒドロキシカルボン酸は、グリセリン酸、2,4-ジヒドロキシ酪酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロパン酸及び2,2-ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、セリン又はスレオニンであり得る。 いくつかの実施形態では、各ヒドロキシルアミノカルボン酸は、セリン又はホモセリンであり得る。 いくつかの実施形態では、ジアミノカルボン酸は、アミノ酸である。
いくつかの実施形態では、各Xは、独立して、2,3-ジアミノプロパン酸、2,4-ジアミノブタン酸、2,5-ジアミノペンタン酸(オルニチン)、2,6-ジアミノヘキサン酸(リジン)、(2-アミノエチル)-システイン、3-アミノ-2-アミノメチルプロパン酸、3-アミノ-2-アミノメチル-2-メチルプロパン酸、4-アミノ-2-(2-アミノエチル)酪酸及び5-アミノ-2-(3-アミノプロピル)ペンタン酸であり得る。いくつかの実施形態では、各Xは、リジンである。
本発明のL1は、結合又はいずれかの適切なリンカーである。いくつかの実施形態では、L1は、結合である。いくつかの実施形態では、L1は、リンカーである。リンカーは、当業者に公知のいずれかの適切なリンカーであり得る。いくつかの実施形態では、リンカーは、C1~20アルキレン、C2~20アルケニレン、C2~20アルキニレン、PEGポリマー、又はペプチドである。いくつかの実施形態では、リンカーは、C1~10アルキレン、C2~10アルケニレン、C2~10アルキニレン、又はPEGポリマーである。
本発明のL2は、結合又はいずれかの適切なリンカーである。いくつかの実施形態では、L2は、結合である。いくつかの実施形態では、L2は、リンカーである。リンカーは、当業者に公知のいずれかの適切なリンカーであり得る。いくつかの実施形態では、リンカーは、C1~20アルキレン、C2~20アルケニレン、C2~20アルキニレン、PEGポリマー、又はペプチドである。いくつかの実施形態では、リンカーは、C1~10アルキレン、C2~10アルケニレン、C2~10アルキニレン、又はPEGポリマーである。
いずれもの大きさ及び構造のポリエチレングリコール(PEG)ポリマーは、本発明に有用である。いくつかの実施形態では、PEGは、1~100kDaの分子量を有する。いくつかの実施形態では、PEGは、1~50kDaの分子量を有する。いくつかの実施形態では、PEGは、1~20kDaの分子量を有する。いくつかの実施形態では、PEGは、1~10kDaの分子量を有する。いくつかの実施形態では、PEGは、約10kDa、約9kDa、約8kDa、約7kDa、約6kDa、約5kDa、約4kDa、約3kDa、約2kDa、又は約1kDaの分子量を有する。いくつかの実施形態では、PEGは、約5kDaの分子量を有する。当業者は、他のPEGポリマー及び他の親水性ポリマーは本発明に有用であると理解するだろう。 PEGは、いずれかの適切な長さであり得る。
下付き文字m及び下付き文字nは、いずれかの適切な整数であり得る。いくつかの実施形態では、下付き文字mは、2~8の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字mは、3~6の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字mは、4である。いくつかの実施形態では、下付き文字nは、2~16の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字nは、4~12の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字nは、6~10の整数である。いくつかの実施形態では、下付き文字nは、8である。いくつかの実施形態では、下付き文字mは、4であり、下付き文字nは、8である。
いくつかの実施形態では、本発明は、式(Ib)の化合物であって、前記式中:各R1は、マルトビオン酸であり;各R2は、コール酸であり;各Xは、リジンであり;PEGは、約5kDaの分子量を有する、化合物を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、式(Ib)の化合物であって、前記式中:各R1は、4-カルボキシフェニルボロン酸であり;各R2は、コール酸であり;各Xは、リジンであり;PEGは、約5kDaの分子量を有する、化合物を提供する。
IV.ナノ粒子
いくつかの実施形態では、本発明は、複数の第一複合体及び第二複合体を含むナノ粒子であって、各第一複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体であり;各第二複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体であり;複数の複合体は、ナノ粒子の内部が疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部を含むように架橋結合を生成してナノ粒子を形成することにより自己集合する、ナノ粒子を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、複数の第一複合体及び第二複合体を含むナノ粒子であって、各第一複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体であり;各第二複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体であり;複数の複合体は、ナノ粒子の内部が疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部を含むように架橋結合を生成してナノ粒子を形成することにより自己集合する、ナノ粒子を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、親水性外部及び内部を含むナノ粒子であって、前記ナノ粒子内部は、疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部及び親水性ミセル外部を含み、各ミセルは複数の第一及び第二複合体を含み、各第一複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体であり;各第二複合体は、式Iの化合物であり、前記式I中、各R1は、独立して、ボロン酸誘導体であり;前記複数の第一及び第二複合体は、架橋結合を生成して、前記疎水性コアを有し、前記親水性ミセル外部上に前記架橋結合を有する前記ミセルを形成することによって自己集合する、ナノ粒子を提供する。
第一及び第二複合体は、いずれかの適切な本発明の化合物であり得る。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体は、独立して、式(Ia)の化合物である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体は、独立して、式(Ia)又は式(Ib)の化合物である。いくつかの実施形態では、第一複合体は、R1がペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体である式(Ib)の化合物である。いくつかの実施形態では、第一複合体は、R1がアンジオペプ-2、レボドパ、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースである式(Ib)の化合物である。いくつかの実施形態では、第一複合体は、R1がマルトビオン酸である式(Ib)の化合物である。
いくつかの実施形態では、第二複合体は、R1がボロン酸誘導体である式(Ib)の化合物である。いくつかの実施形態では、第二複合体は、R1は、3-カルボキシ-5-ニトロフェニルボロン酸、4-カルボキシフェニルボロン酸、3-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシフェニルボロン酸、4-(ヒドロキシメチル)フェニルボロン酸、5-ブロモ-3-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-4-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-メトキシ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシ-5-ピリジンボロン酸、6-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、5-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、4-カルボキシ-3-フルオロフェニルボロン酸、又は4-(ブロモメチル)フェニルボロン酸である式(Ib)の化合物である。いくつかの実施形態では、第一複合体は、R1が4-カルボキシフェニルボロン酸である式(Ib)の化合物である。
いくつかの実施形態では、第一複合体は、各R1がマルトビオン酸であり;各R2がコール酸であり;各Xがリジンであり;PEGが約5kDaの分子量を有する式(Ib)の化合物であり、且つ、第二複合体は、各R1が4-カルボキシフェニルボロン酸であり;各R2がコール酸であり;各Xがリジンであり;PEGが約5kDaの分子量を有する式(Ib)の化合物である。
いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、親水性薬物又はイメージング剤を更に含む。いくつかの実施形態では、親水性薬物又はイメージング剤を、ソン水性ナノ担体内部及び親水性ミセル外部にカプセル化する。
本発明に有用な親水性薬物は、いずれかの適切な親水性薬物であり得る。いくつかの実施形態では、親水性薬物は、アテノロール、ペニシリン、アンピシリン、リシノプリル、バンコマイシン、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、及びシクロホスファミドである。いくつかの実施形態では、親水性薬物は、バンコマイシン、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、及びシクロホスファミドである。いくつかの実施形態では、親水性薬物は、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、及びシクロホスファミドである。
本発明に有用な親水性イメージング剤は、いずれかの適切な親水性イメージング剤であり得る。いくつかの実施形態では、親水性イメージング剤は、カルセイン、Alexa680、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、又はインドシアニングリーン(ICG)である。いくつかの実施形態では、親水性イメージング剤は、カルセイン、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、又はインドシアニングリーン(ICG)である。いくつかの実施形態では、親水性イメージング剤は、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、又はインドシアニングリーン(ICG)である。
いくつかの実施形態では、親水性薬物又はイメージング剤は、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、インドシアニングリーン(ICG)、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、又はシクロホスファミドである。
いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、疎水性薬物又はイメージング剤を更に含む。いくつかの実施形態では、疎水性薬物又はイメージング剤を、ナノ粒子の内部のミセル内部の疎水性コア中にカプセル化する。
本発明に有用な疎水性薬物は、いずれかの適切な疎水性薬物であり得る。いくつかの実施形態では、疎水性薬物は、レシキモド、ガーディキモド、イミキモド、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、エベロリムス、カルムスチン、ロムスチン、テモゾロミド、レンバチニブメシル酸塩、ソラフェニブトシル酸塩、レゴラフェニブ、イリノテカン、パクリタキセル(PTX)、ドセタキセル、BET阻害薬、バルプロ酸、ボリノスタット、パノビノスタット、エンチノスタット、リコリノスタット、AR-42、JMJD3阻害薬、GSKJ4、EZH2阻害薬、タゼメトスタット、GSK2816126、MC3629、EGFR阻害薬、ゲフィチニブ、エルロチニブ、ラパチニブ、オシメルチニブ、AZD92291、IDH阻害薬、エナシデニブ、イボシデニブ、Notch阻害薬、RO4929097、CDK4/6阻害薬、パルボシクリブ、リボシクリブ、アベマシクリブ、PI3K/Akt/mTOR阻害薬、ラパマイシン、ブパリシブ、クルクミン、又はエトポシドである。いくつかの実施形態では、疎水性薬物は、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、エベロリムス、カルムスチン、ロムスチン、テモゾロミド、レンバチニブメシル酸塩、ソラフェニブトシル酸塩、レゴラフェニブ、イリノテカン、パクリタキセル(PTX)、ドセタキセル、BET阻害薬、バルプロ酸、ボリノスタット、パノビノスタット、エンチノスタット、リコリノスタット、AR-42、JMJD3阻害薬、GSKJ4、EZH2阻害薬、タゼメトスタット、GSK2816126、MC3629、EGFR阻害薬、ゲフィチニブ、エルロチニブ、ラパチニブ、オシメルチニブ、AZD92291、IDH阻害薬、エナシデニブ、イボシデニブ、Notch阻害薬、RO4929097、CDK4/6阻害薬、パルボシクリブ、リボシクリブ、アベマシクリブ、PI3K/Akt/mTOR阻害薬、ラパマイシン、ブパリシブ、クルクミン、又はエトポシドである。
本発明に有用な疎水性イメージング剤は、いずれかの適切な疎水性イメージング剤であり得る。いくつかの実施形態では、疎水性イメージング剤は、シアニン5.5(Cy5.5)、シアニン7.5(Cy7.5)、又は1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)である。いくつかの実施形態では、疎水性イメージング剤は、シアニン7.5(Cy7.5)、又は1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)である。
いくつかの実施形態では、疎水性薬物又はイメージング剤は、シアニン7.5(Cy7.5)、1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、エベロリムス、カルムスチン、ロムスチン、テモゾロミド、レンバチニブメシル酸塩、ソラフェニブトシル酸塩、レゴラフェニブ、イリノテカン、パクリタキセル(PTX)、ドセタキセル、BET阻害薬、バルプロ酸、ボリノスタット、パノビノスタット、エンチノスタット、リコリノスタット、AR-42、JMJD3阻害薬、GSKJ4、EZH2阻害薬、タゼメトスタット、GSK2816126、MC3629、EGFR阻害薬、ゲフィチニブ、エルロチニブ、ラパチニブ、オシメルチニブ、AZD92291、IDH阻害薬、エナシデニブ、イボシデニブ、Notch阻害薬、RO4929097、CDK4/6阻害薬、パルボシクリブ、リボシクリブ、アベマシクリブ、PI3K/Akt/mTOR阻害薬、ラパマイシン、ブパリシブ、クルクミン、又はエトポシドである。
第一及び第二複合体の比は、当業者により公知のいずれかの適切な比であり得、モル比として報告される。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約100:1~1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約50:1~1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約25:1~1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約10:1~1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約50:1、25:1、10:1、9:1、5:1、1:1、1:5、又は1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約10:1、9:1、5:1、1:1、1:5、又は1:10である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約10:1、9:1、及び5:1である。いくつかの実施形態では、第一及び第二複合体の比は、約9:1である。
V.医薬組成物製剤
本発明の組成物を、多種多様な経口、非経口及び局所剤形で製剤することができる。経口製剤としては、患者が経口摂取するのに適した錠剤、丸剤、散剤、糖衣剤、カプセル剤、液剤、トローチ剤、カシェ剤、ゲル剤、シロップ剤、スラリー剤、懸濁剤、その他が挙げられる。本発明の組成物を、注射により、すなわち、静脈内、筋肉内、皮内、皮下、十二指腸内、又は腹腔内に投与することもできる。更に、本明細書に記載されている組成物を、吸入、例えば、鼻腔内に投与することができる。加えて、本発明の組成物を、経皮投与することができる。本発明の組成物を、眼内、腟内、及び坐剤、ガス注入、散剤及びエアロゾル製剤を含む直腸内経路により投与することができる(ステロイド系吸入薬の例のため、Rohatagi,J.Clin.Pharmacol.35:1187-1193,1995;Tjwa,Ann.Allergy Asthma Immunol.75:107-111,1995参照)。したがって、本発明は、薬剤的に許容可能な担体又は賦形剤及び本発明の化合物を含む医薬組成物も提供する。
本発明の組成物を、多種多様な経口、非経口及び局所剤形で製剤することができる。経口製剤としては、患者が経口摂取するのに適した錠剤、丸剤、散剤、糖衣剤、カプセル剤、液剤、トローチ剤、カシェ剤、ゲル剤、シロップ剤、スラリー剤、懸濁剤、その他が挙げられる。本発明の組成物を、注射により、すなわち、静脈内、筋肉内、皮内、皮下、十二指腸内、又は腹腔内に投与することもできる。更に、本明細書に記載されている組成物を、吸入、例えば、鼻腔内に投与することができる。加えて、本発明の組成物を、経皮投与することができる。本発明の組成物を、眼内、腟内、及び坐剤、ガス注入、散剤及びエアロゾル製剤を含む直腸内経路により投与することができる(ステロイド系吸入薬の例のため、Rohatagi,J.Clin.Pharmacol.35:1187-1193,1995;Tjwa,Ann.Allergy Asthma Immunol.75:107-111,1995参照)。したがって、本発明は、薬剤的に許容可能な担体又は賦形剤及び本発明の化合物を含む医薬組成物も提供する。
本発明の化合物から医薬組成物を製剤するため、薬剤的に許容可能な担体は固体又は液体のいずれかであり得る。固体製剤としては、散剤、錠剤、丸剤、カプセル剤、カシェ剤、坐剤、及び分散性顆粒剤が挙げられる。固体担体は、希釈剤、香料、結合剤、保存料、錠剤崩壊剤、又はカプセル化物質となり得る1つ以上の物質であり得る。製剤及び投与のための技術についての詳細は、科学及び特許文献に充分に記載されており、例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences,Maack Publishing Co,Easton PA(“Remington’s”)の最新版参照。
散剤では、担体は、微粉化有効成分との混合物である微粉化固体である。錠剤では、有効成分を、適切な割合で必要な結合特性を有する担体と混合し、所望の形状及び大きさに圧縮する。散剤及び錠剤は、好ましくは、5%又は10%~70%の本発明の化合物を含有する。
適切な固体賦形剤としては、炭酸マグネシウム;ステアリン酸マグネシウム;タルク;ペクチン;デキストリン;デンプン;トラガント;低融点ワックス;カカオ脂;炭水化物;これに限定されないが、ラクトース、ショ糖、マンニトール、又はソルビトールを含む糖類;トウモロコシ、小麦、コメ、ジャガイモ、又は他の植物のデンプン;メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、又はカルボキシメチルセルロースナトリウムなどのセルロース;並びにアラビアゴム及びトラガカントゴムを含むゴム;並びに、これに限定されないが、ゼラチン及びコラーゲンを含むタンパク質が挙げられるが、これらに限定されない。 必要に応じて、例えば、架橋ポリビニルピロリドン、寒天、アルギニン酸、又はアルギニン酸ナトリウムなどのその塩などの崩壊剤又は可溶化剤を添加してもよい。
糖衣剤コアを、アラビアゴム、タルク、ポリビニルピロリドン、カーボポールゲル、ポリエチレングリコール、及び/又は二酸化チタン、ラッカー液、及び適切な有機溶媒又は溶媒混合物を含んでもよい濃縮糖溶液などの適切なコーティングと共に提供する。色素又は顔料を、製品識別のため又は有効成分量を明らかにするために錠剤又は糖衣コーティングに添加してよい。本発明の医薬製剤を、例えば、ゼラチン製押し込み型カプセル、並びにゼラチン製軟質密封カプセル及びグリセロール又はソルビトールなどのコーティングを用いて経口的に使用することもできる。押し込み型カプセルは、充填剤又はラクトース若しくはデンプンなどの結合剤、タルク若しくはステアリン酸マグネシウムなどの潤滑剤、及び必要に応じて安定剤と混合された本発明の化合物を含有することができる。軟質カプセルでは、本発明の化合物を、安定剤と、又は安定剤なしで脂肪油、流動パラフィン、又は液状ポリエチレングリコールなどの適切な液体に溶解又は懸濁してよい。
坐剤の製剤のため、脂肪酸グリセリド又はカカオ脂の混合物など、低融点ワックスを先ず溶融し、本発明の化合物を、撹拌によるとき、その中に均一に分散する。それから、溶融均一混合物を簡便な大きさの型に注ぎ込み、放冷することにより固める。
液体製剤としては、液剤、懸濁剤、及び乳剤、例えば、水又は水/プロピレングリコール液剤が挙げられる。非経口注射のため、液体製剤を、水性ポリエチレングリコール溶液の液剤に製剤することができる。
経口用途に適切な水性液剤を、本発明の化合物を水に溶解し、必要に応じて適切な着色料、安定剤、及び増粘剤を添加することによって製剤することができる。 経口用途に適切な水性懸濁剤を、天然ゴム若しくは合成ゴム、樹脂、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、アルギニン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、トラガカントゴム及びアカシアゴムなどの粘性物質、及び天然リン脂質(例えば、レクチン)、酸化アルキレンと脂肪酸の縮合生成物(例えば、ステアリン酸ポリオキシエチレン)、酸化エチレンと長鎖脂肪族アルコールとの縮合生成物(例えば、ヘプタデカエチレンオキシセタノール)、酸化エチレンと脂肪酸及びヘキシトールから誘導された部分エステルとの縮合生成物(例えば、ポリオキシエチレンソルビトールモノオレエート)、又は酸化エチレンと脂肪酸及びヘキシトール無水物から誘導された部分エステルとの縮合生成物(例えば、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート)などの粘性物質と共に水中に微粉化有効成分を分散することによって作製することができる。水性懸濁剤は、p-ヒドロキシ安息香酸エチル又はn-プロピルなどの1つ以上の保存料、1つ以上の着色料、1つ以上の香料及びスクロース、アスパルテーム又はサッカリンなどの1つ以上の甘味料を含有することもできる。 製剤を、浸透圧に関して調整することができる。
使用直前に経口投与用液体製剤に変えることを目的としている固体製剤も含まれる。かかる液体としては、液剤、懸濁剤、及び乳剤が挙げられる。これらの製剤は、有効成分に加えて、着色料、香料、安定剤、緩衝剤、人工及び天然甘味料、分散化剤、増粘剤、可溶化剤、及び同様のものを含有してよい。
油懸濁剤を、ラッカセイ油、オリーブ油、ゴマ油若しくはヤシ油などの植物油又は流動パラフィンなどの鉱油;又はこれらの混合物中に本発明の化合物を懸濁することによって製剤することができる。油懸濁剤は、ミツロウ、固形パラフィン又はセチルアルコールなどの増粘剤を含有することができる。甘味料を添加して、グリセロール、ソルビトール又はショ糖など、美味な経口製剤を提供することができる。これらの製剤を、アスコルビン酸などの酸化防止剤の添加によって保存することができる。注射可能な油媒体の一例として、Minto,J.Pharmacol.Exp.Ther.281:93-102,1997参照。本発明の医薬製剤は、水中油型乳剤の形態であってもよい。油相は、上記植物油若しくは鉱油、又はこれらの混合物であり得る。適切な乳化剤としては、アカシアゴム及びトラガカントゴムなどの天然ゴム、ダイズレシチンなどの天然リン脂質、ソルビタンモノオレエートなどの脂肪酸とヘキシトール無水物から誘導されたエステル又は部分エステル、並びにポリオキシエチレンソルビトールモノオレエートなどのこれらの部分エステルと酸化エチレンとの縮合生成物が挙げられる。乳剤は、シロップ剤及びエリキシル剤の製剤のとき、甘味料及び香料を含有することもできる。かかる製剤は、粘滑剤、保存料、又は着色料を含有することもできる。
本発明の組成物を、体内において持続放出するため、マイクロスフェアとして送達することもできる。例えば、マイクロスフェアを、皮下に持続放出する薬物含有マイクロスフェアの皮内注射による投与のため(Rao,J.Biomater Sci.Polym.Ed.7:623-645,1995参照);生分解性及び注射可能なゲル製剤として(例えば、Gao Pharm.Res.12:857-863,1995参照);又は経口投与用マイクロスフェアとして(例えば、Eyles,J.Pharm.Pharmacol.49:669-674,1997参照)製剤することができる。経皮及び皮内経路両方は、数週間又は数ヶ月間一定送達を提供する。
別の実施形態では、本発明の組成物を、静脈内(IV)投与又は体腔若しくは臓器のルーメンへの投与など、非経口投与用に製剤することができる。投与のための製剤は、通常、薬剤的に許容可能な担体に溶解される本発明の組成物の溶液を含むだろう。使用することができる許容可能な媒体及び溶媒の中でも、水及びリンゲル液、生理食塩水がある。加えて、無菌不揮発性油を、溶媒又は懸濁媒体として慣例的に使用することができる。この目的のため、合成モノ-又はジグリセリドを含む、いずれかの無刺激性不揮発性油を使用することができる。加えて、オレイン酸などの脂肪酸を、注射可能な製剤に同様に使用することができる。これらの液剤は無菌であり、総じて望ましくない物質を含まない。これらの製剤を、従来の周知の滅菌技術によって滅菌してよい。製剤は、pH調整、緩衝剤、毒性調整剤、例えば、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、乳酸ナトリウム及び同様のものなどおよそ生理的条件に近似させるために要するとき、薬剤的に許容可能な補助物質を含有してよい。これらの製剤における本発明の組成物の濃度は広く変わり得、選択される投与の特定方法及び患者のニーズに従って、主に、液量、粘度、体重、及び同様のものに基づいて選択されるだろう。静脈内投与のため、製剤は、滅菌注射可能水性又は油性懸濁剤など、滅菌注射可能製剤であり得る。この懸濁剤を、これらの適切な分散剤又は湿潤剤及び懸濁剤を用いて公知の技術に従って製剤することができる。滅菌注射可能製剤は、1,3-ブタンジオールの溶液など、無毒性非経口的に許容可能な希釈剤又は溶剤中の滅菌注射可能液剤又は懸濁剤であってもよい。
別の実施形態では、本発明の組成物の製剤を、細胞膜と融合した又は形質膜陥入されたリポソームの使用によって、すなわち、リポソームに結合された又はエンドサイトーシスをもたらす細胞の表面膜タンパク質受容体と結合するオリゴヌクレオチドと直接結合されたリガンドの使用によって送達することができる。特にリポソーム表面が標的細胞に対して特異的なリガンドを運搬する、又はさもなければ特定の器官に選択的に誘導される場合にリポソームの使用によって、本発明の組成物の、インビボでの標的細胞への送達に着目することができる。(例えば、Al-Muhammed,J.Microencapsul.13:293-306,1996;Chonn,Curr.Opin.Biotechnol.6:698-708,1995;Ostro,Am.J.Hosp.Pharm.46:1576-1587,1989参照)。
VI.投与
本発明の組成物を、経口、非経口及び局所方法を含むいずれかの適切な手段で製剤することができる。経皮投与方法を、局所経路によって、アプリケータースティック、液剤、懸濁剤、乳剤、ゲル剤、クリーム剤、軟膏剤、ペースト剤、ゼリー剤、ペイント剤、散剤、及びエアロゾル剤として製剤することができる。
本発明の組成物を、経口、非経口及び局所方法を含むいずれかの適切な手段で製剤することができる。経皮投与方法を、局所経路によって、アプリケータースティック、液剤、懸濁剤、乳剤、ゲル剤、クリーム剤、軟膏剤、ペースト剤、ゼリー剤、ペイント剤、散剤、及びエアロゾル剤として製剤することができる。
医薬製剤は、好ましくは、単位剤形である。かかる剤形では、製剤を、本発明の化合物の適切な量を含む単位用量に小分けする。単位剤形を、パッケージ化された製剤であり得、パッケージは、バイアル又はアンプル中に小パック化された錠剤、カプセル剤、及び散剤など、個別の量の製剤を含む。更に、単位剤形は、カプセル剤、錠剤、カシェ剤、又はトローチ剤それ自体であってよく、パッケージ化された形態でこれらのいずれかの適切な数であってもよい。
本発明の化合物は、いずれかの適切な量で存在することができ、これに限定されないが、対象の体重及び年齢、疾病の状態などを含む様々な因子に依存し得る。本発明の化合物の適切な投与量範囲としては、約0.1mg~約10,000mg、又は約1mg~約1000mg、又は約10mg~約750mg、又は約25mg~約500mg、又は約50mg~約250mgが挙げられる。本発明の化合物の適切な投与量としては、約1mg、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900又は1000mgが挙げられる。
本発明の化合物を、いずれかの適切な頻度、間隔及び期間投与することができる。 例えば、本発明の化合物を、好ましい投与量レベルを提供するように、1時間に1回、又は1時間に2回、3回以上、1日1回、又は1日2回、3回、若しくはそれ以上、又は2、3、4、5、6、若しくは7日毎に1回投与することができる。本発明の化合物を1日2回以上投与する場合、代表的間隔としては、5、10、15、20、30、45及び60分、並びに1、2、4、6、8、10、12、16、20、及び24時間が挙げられる。本発明の化合物を、1時間、1~6時間、1~12時間、1~24時間、6~12時間、12~24時間、1日間、1~7日間、1週間、1~4週間、1ヶ月間、1~12ヶ月、1年間若しくはそれ以上の間、又は無期限にでさえ、1回、2回、又は3回以上投与することができる。
組成物は、他の適合性のある治療薬を含有してもよい。本明細書に記載されている化合物を、相互に、グルココルチコイド受容体を調節するのに有用であると知られている他の活性薬、又は単独では有効でないかも知れないが活性薬の有効性に寄与し得る補助薬と組み合わせて使用することができる。
本発明の化合物を、もう1つの活性薬と同時投与することができる。 同時投与は、本発明の化合物及び活性薬を、互いの0.5、1、2、4、6、8、10、12、16、20、又は24時間内に投与することを含む。同時投与は、本発明の化合物及び活性薬を、同時に、およそ同時に(例えば、互いの約1、5、10、15、20、又は30分内)、又はどんな順序でも順次投与することを含む。さらに、本発明の化合物及び活性薬を、1日当たり好ましい投与量レベルを提供するように、1日1回、又は1日当たり2回、3回、若しくはそれ以上の回数、それぞれ投与することができる。
いくつかの実施形態では、同時投与を、合剤、すなわち、本発明の化合物及び活性薬両方を含む単一医薬組成物を製剤することによって行うことができる。他の実施形態では、本発明の化合物及び活性薬を、別々に製剤することができる。
本発明の化合物及び活性薬は、約1:100~約100:1(重量/重量)、又は約1:50~約50:1、又は約1:25~約25:1、又は約1:10~約10:1、又は約1:5~約5:1(重量/重量)など、いずれかの適切な重量比で本発明の組成物中に存在することができる。本発明の化合物及び活性薬は、約1:100(重量/重量)、1:50、1:25、1:10、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、10:1、25:1、50:1又は100:1(重量/重量)など、いずれかの適切な重量比で存在することができる。本発明の化合物及び活性薬の他の投与量及び投与量比は、本発明の組成物及び方法に適切である。
VII.治療方法
いくつかの実施形態では、本発明は、薬物の送達方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子を投与することであって、前記ナノ粒子は、親水性及び/又は疎水性薬物及び複数の架橋結合を更に含む、ことと;前記薬物を前記ナノ粒子から放出するように前記架橋結合を生体内切断し、それにより、それを必要とする対象に前記薬物を送達することと、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、薬物の送達方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子を投与することであって、前記ナノ粒子は、親水性及び/又は疎水性薬物及び複数の架橋結合を更に含む、ことと;前記薬物を前記ナノ粒子から放出するように前記架橋結合を生体内切断し、それにより、それを必要とする対象に前記薬物を送達することと、を含む方法を提供する。
本発明のナノ粒子は、薬物がナノ粒子から放出されるように、適切なpH条件下で切断することができる複数の架橋結合を含むことができる。いくつかの実施形態では、pHは、7以下である。いくつかの実施形態では、pHは、6.5以下である。いくつかの実施形態では、pHは、1~7である。いくつかの実施形態では、pHは、1~6.5である。いくつかの実施形態では、pHは、2~6.5である。いくつかの実施形態では、pHは、4~6.5である。いくつかの実施形態では、pHは、約4、4.5、5、5.5、6、又は6.5である。いくつかの実施形態では、pHは、約6.5である。
本発明に有用な疎水性薬物は、当業者に公知のいずれかの疎水性薬物であり得る。本発明に有用な疎水性薬物としては、デオキシコール酸、デオキシコール酸塩、レシキモド、ガーディキモド、イミキモド、タキサン系薬(例えば、パクリタキセル、ドセタキセル、カバジタキセル、バッカチンIII、10-デアセチルバッカチン、ホングドウシャンA、ホングドウシャンB、又はホングドウシャンC)、ドキソルビシン、エトポシド、イリノテカン、SN-38、シクロスポリンA、ポドフィロトキシン、カルムスチン、アンホテリシン、イクサベピロン、パツピロン(エポセロンクラス)、ラパマイシン及び白金薬が挙げられるが、コレラに限定されない。本発明に有用な親水性薬物としては、アテノロール、ペニシリン、アンピシリン、リシノプリル、バンコマイシン、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、及びシクロホスファミドが挙げられるが、これらに限定されない。他の薬物としては、非ステロイド系抗炎症剤、及びビンブラスチン及びビンクリスチンなどのビンカアルカロイドが挙げられる。
本発明に有用な薬物としては、化学療法薬及び免疫調節薬が挙げられる。例えば、薬物としては、デオキシコール酸、若しくはデオキシコール酸の塩、ペムブロリズマブ、ニボルマブ、セミプリマブ、タキサン系薬(例えば、パクリタキセル、ドセタキセル、カバジタキセル、バッカチンIII、10-デアセチルバッカチン、ホングドウシャンA、ホングドウシャンB、又はホングドウシャンC)、ドキソルビシン、エトポシド、イリノテカン、SN-38、シクロスポリンA、ポドフィロトキシン、カルムスチン、アンホテリシン、イクサベピロン、パツピロン(エポセロンクラス)、ラパマイシン及び白金薬が挙げられるが、コレラに限定されない。他の薬物としては、非ステロイド系抗炎症剤、及びビンブラスチン及びビンクリスチンなどのビンカアルカロイドが挙げられる。いくつかの実施形態では、薬物は、パクリタキセル、レシキモド、ガーディキモド、又はデオキシコール酸塩である。
いくつかの実施形態では、親水性及び/又は疎水性薬物は、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、又はパクリタキセル(PTX)である。
いくつかの実施形態では、本発明は、疾病の治療方法であって、前記方法は、本発明のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性薬物を更に含む、方法を提供する。
本発明のナノ担体を、これに限定されないが、細胞腫、グリオーマ、中皮腫、メラノーマ、リンパ腫、白血病、腺がん、乳がん、卵巣がん、子宮頸がん、グリオブラストーマ、白血病、リンパ腫、前立腺がん、及びバーキットリンパ腫、頭頸部がん、結腸がん、結腸直腸がん、非小細胞肺がん、小細胞肺がん、食道がん、胃がん、膵がん、肝胆道がん、胆嚢がん、小腸がん、直腸がん、腎がん、膀胱がん、前立腺がん、陰茎がん、尿道がん、精巣がん、子宮頸がん、腟がん、子宮がん、卵巣がん、甲状腺がん、副甲状腺がん、副腎がん、膵内分泌がん、カルチノイドがん、骨がん、皮膚がん、網膜芽細胞腫、多発性骨髄腫、ホジキンリンパ腫、及び非ホジキンリンパ腫などのがんを含む疾病の治療のために対象に投与することができる(更にがんに関して、CANCER:PRINCIPLES AND PRACTICE(DeVita,V.T.et al.eds 2008)参照)。
本発明のナノ担体により治療することができる他の疾病としては:(1)全身性アナフィラキシー又は過敏性反応、薬物アレルギー、虫刺されアレルギーなどの炎症性又はアレルギー性疾患;クローン病、潰瘍性大腸炎、回腸炎及び腸炎などの炎症性腸疾患;腟炎;皮膚炎、湿疹、アトピー性皮膚炎、アレルギー性接触皮膚炎、じん麻疹などの乾癬及び炎症性皮膚疾患;血管炎;脊椎関節症;強皮症;喘息、アレルギー性鼻炎、過敏性肺疾患などの呼吸器アレルギー性疾患など、(2)関節炎(リウマチ様及び乾癬性)、変形性関節症、多発性硬化症、全身性エリテマトーデス、糖尿病、糸球体腎炎などの自己免疫疾患など、(3)移植片拒絶(同種移植片拒絶及び移植片対宿主病を含む)、並びに(4)望ましくない炎症性応答を阻害しようとする他の疾病(例えば、粥状動脈硬化、筋炎、脳卒中及び閉鎖性頭部外傷などの神経学的病態、神経変性疾患、アルツハイマー病、脳炎、髄膜炎、骨粗鬆症、痛風、肝炎、腎炎、敗血症、サルコイドーシス、結膜炎、耳炎、慢性閉塞性肺疾患、副鼻腔炎及びベーチェット症候群)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、疾病は、がんである。いくつかの実施形態では、疾病は、膀胱がん、脳がん、脳転移、乳がん、子宮頸がん、胆管細胞がん、結腸直腸がん、食道がん、胆嚢がん、胃がん、グリオブラストーマ、びまん性橋膠腫、腸がん、頭頸部がん、白血病、肝がん、肺がん、メラノーマ、骨髄腫、卵巣がん、膵がん及び子宮がんから成る群から選択される。いくつかの実施形態では、疾病は、膀胱がん、乳がん、結腸直腸がん、食道がん、グリオブラストーマ、頭頸部がん、白血病、肺がん、骨髄腫、卵巣がん、及び膵がんから成る群から選択される。
いくつかの実施形態では、疾病は、がんである。いくつかの実施形態では、疾病は、グリオブラストーマ、びまん性橋膠腫、脳転移、肺がん、乳がん、結腸がん、腎がん、又はメラノーマである。
本発明に有用な親水性及び疎水性薬物を上記に一覧にする。いくつかの実施形態では、親水性及び/又は疎水性薬物は、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、又はパクリタキセル(PTX)である。
VIII.イメージング方法
いくつかの実施形態では、本発明は、イメージング方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性イメージング剤を更に含む、ことと;前記対象をイメージングすることと、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態では、本発明は、イメージング方法であって、前記方法は:本発明のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性イメージング剤を更に含む、ことと;前記対象をイメージングすることと、を含む方法を提供する。
本発明に有用なイメージング技術は、当業者に公知のいずれかの適切な技術である。いくつかの実施形態では、イメージング技術は、ポジトロン断層撮影(PET)、磁気共鳴画像(MRI)、超音波、単一光子放射型コンピュータ断層撮影(SPECT)、X線コンピュータ断層撮影(CT)、心エコー検査、蛍光分光法、近赤外蛍光(NIRF)分光法、又はこれらの組合せである。いくつかの実施形態では、イメージング技術は、MRI、蛍光分光法、NIRF分光法、又はこれらの組合せである。いくつかの実施形態では、イメージング技術は、MRI、NIRF分光法、又はこれらの組合せである。
本発明に有用なイメージング剤は、当業者に公知のいずれかのイメージング剤であり得る。本発明のイメージング剤は、疎水性又は親水性イメージング剤のいずれかであり得る。イメージング剤としては、常磁性剤、光学プローブ、及び放射性核種が挙げられるが、これらに限定されない。常磁性剤は、外部印加磁界において、磁性であるイメージング剤である。常磁性剤の例としては、ナノ粒子を含む鉄粒子が挙げられるが、これに限定されない。光学プローブは、放射線の1つの波長における励起し、放射線の第二の異なる波長において検出することができる蛍光化合物である。本発明に有用な光学プローブとしては、インドシアニングリーン(ICG)、Cy5.5、Cy7.5、Alexa680、Cy5、DiD(1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン過塩素酸塩)及びDiR(1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニンヨウ化物)が挙げられるが、これらに限定されない。他の光学プローブとしては、量子ドットが挙げられる。 放射性核種は、放射性崩壊する元素である。 本発明に有用な放射性核種としては、3H、11C、13N、18F、19F、60Co、64Cu、67Cu、68Ga、82Rb、90Sr、90Y、99Tc、99mTc、111In、123I、124I、125I、129I、131I、137Cs、177Lu、186Re、188Re、211At、Rn、Ra、Th、U、Pu及び241Amが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、親水性及び/又は疎水性イメージング剤は、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、インドシアニングリーン(ICG)、シアニン7.5(Cy7.5)、又は1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)である。
IX.実施例
実施例1.テロデンドリマーの合成
化学薬品。O-(2-アミノエチル)-O’-[2-(Boc-アミノ)エチル]デカエチレングリコール(NH2-PEG-Boc、Mw:5000Da)及びO-(2-アミノエチル)ポリエチレングリコール(NH2-PEG、Mw:5000Da)を、Rapp Polymere(独国)から購入した。4-カルボキシフェニルボロン酸(CBA)及びマルトビオン酸(MA)を、Combi-Blocks(米国カリフォルニア州サンディエゴ)から入手した。(Fmoc)lys(Boc)-OHを、AnaSpec Inc(米国カリフォルニア州サンノゼ)から購入した。ガドペンテト酸(Gd-DTPA)を、Alizarin red S(ARS)から購入し、シクロヘキサノン、オキシ塩化リン(V)(POCl3)、1,1,2-トリメチルベンズ[e]インドール、3-ヨードプロピオン酸、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、D-フルクトース、コール酸、アジドチミジン(AZT)及び全ての他の化学薬品を、Sigma-Aldrich(米国セントルイス)から購入した。CY7.5を、実験室で合成した。
実施例1.テロデンドリマーの合成
化学薬品。O-(2-アミノエチル)-O’-[2-(Boc-アミノ)エチル]デカエチレングリコール(NH2-PEG-Boc、Mw:5000Da)及びO-(2-アミノエチル)ポリエチレングリコール(NH2-PEG、Mw:5000Da)を、Rapp Polymere(独国)から購入した。4-カルボキシフェニルボロン酸(CBA)及びマルトビオン酸(MA)を、Combi-Blocks(米国カリフォルニア州サンディエゴ)から入手した。(Fmoc)lys(Boc)-OHを、AnaSpec Inc(米国カリフォルニア州サンノゼ)から購入した。ガドペンテト酸(Gd-DTPA)を、Alizarin red S(ARS)から購入し、シクロヘキサノン、オキシ塩化リン(V)(POCl3)、1,1,2-トリメチルベンズ[e]インドール、3-ヨードプロピオン酸、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、D-フルクトース、コール酸、アジドチミジン(AZT)及び全ての他の化学薬品を、Sigma-Aldrich(米国セントルイス)から購入した。CY7.5を、実験室で合成した。
PEG-CA8、Boc-NH-PEG-CA8、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマーの合成。
PEG5k-CA8テロデンドリマー及びBoc-NH-PEG-CA8テロデンドリマーを、以前に報告された方法に従って合成して、NH2-PEG及びNH2-PEG-Bocによって、それぞれ、非架橋ミセル(NM)を調製し、架橋ミセルを合成した。MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマーを、出発物質としてBoc-NH-PEG-CA8を用いることによって、前述のように液相縮合反応により合成した。簡潔に、Boc-NH-PEG-CA8のBoc基を、ジメチルホルムアミド(DMF)中50%(体積/体積)トリフルオロ酢酸で処理することによって取り除き、NH2-PEG-CA8を、冷エーテルの添加により沈殿させ、次いで、冷エーテルで2回洗浄した。(Fmoc)Lys(Fmoc)-OH(4当量)を、カップリング試薬としてDIC及びHOBtを用いて、陰性のカイザーテスト結果を得ることにより、カップリング反応の完了を示すまで、NH2-PEG-CA8のN末端上に結合し、(Fmoc)Lys(Fmoc)-PEG-CA8を得た。それから、このポリマーを、冷エーテルの添加により沈殿させて、冷エーテルで2回洗浄した。それから、ジメチルホルムアミド(DMF)中20%(体積/体積)4-メチルピペリジンでポリマーを処理することによってFmoc基を取り除き、次いで、上記のように沈殿及び洗浄工程を行った。真空下白色粉末状沈殿を乾燥し、(Fmoc)Lys(Fmoc)-OHの2つのカップリングをそれぞれ行って、PEG-CA8の1つの末端に4つのFmoc基を有する樹状ポリリジンの第二世代を生成した。Fmoc除去後、MA及びCBAを樹状ポリリジンの末端基に結合し、それぞれ、MA4-PEG-CA8テロデンドリマー及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマーを得た。それから、2つのテロデンドリマーを透析し、そして凍結乾燥した。
PEG5k-CA8テロデンドリマー及びBoc-NH-PEG-CA8テロデンドリマーを、以前に報告された方法に従って合成して、NH2-PEG及びNH2-PEG-Bocによって、それぞれ、非架橋ミセル(NM)を調製し、架橋ミセルを合成した。MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマーを、出発物質としてBoc-NH-PEG-CA8を用いることによって、前述のように液相縮合反応により合成した。簡潔に、Boc-NH-PEG-CA8のBoc基を、ジメチルホルムアミド(DMF)中50%(体積/体積)トリフルオロ酢酸で処理することによって取り除き、NH2-PEG-CA8を、冷エーテルの添加により沈殿させ、次いで、冷エーテルで2回洗浄した。(Fmoc)Lys(Fmoc)-OH(4当量)を、カップリング試薬としてDIC及びHOBtを用いて、陰性のカイザーテスト結果を得ることにより、カップリング反応の完了を示すまで、NH2-PEG-CA8のN末端上に結合し、(Fmoc)Lys(Fmoc)-PEG-CA8を得た。それから、このポリマーを、冷エーテルの添加により沈殿させて、冷エーテルで2回洗浄した。それから、ジメチルホルムアミド(DMF)中20%(体積/体積)4-メチルピペリジンでポリマーを処理することによってFmoc基を取り除き、次いで、上記のように沈殿及び洗浄工程を行った。真空下白色粉末状沈殿を乾燥し、(Fmoc)Lys(Fmoc)-OHの2つのカップリングをそれぞれ行って、PEG-CA8の1つの末端に4つのFmoc基を有する樹状ポリリジンの第二世代を生成した。Fmoc除去後、MA及びCBAを樹状ポリリジンの末端基に結合し、それぞれ、MA4-PEG-CA8テロデンドリマー及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマーを得た。それから、2つのテロデンドリマーを透析し、そして凍結乾燥した。
テロデンドリマーの質量スペクトルを、マトリックスとして2,5-ジヒドロキシ安息香酸を用いて、ABI4700 MALDI-TOF/TOF質量分析計(リニアモード)で収集した。分子量分布及び多分散指数(PdI)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC、Waters e2695、移動相0.1M NH4Ac水溶液)により収集した。ポリマーの1H-NMRスペクトルを、溶媒としてCDCl3を用いてBruker 800MHz Avance核磁気共鳴分光計で記録した。
実施例2.ナノ粒子
ナノ粒子の調製。先ず、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8(異なる比)を、丸底フラスコ内で特定の極性溶媒、例えば、クロロホルム中に溶解した。溶媒を真空下蒸発させて、薄膜を形成した。PBSバッファを添加して、薄膜を再水和させて、次いで、30分間超音波処理した。ボロン酸エステル結合は隣接テロデンドリマーのCBA及びMA間に形成し、PBS中自己集合により、架橋STICK-NPの形成をもたらした。ナノ粒子溶液を0.22μmでろ過してサンプルを滅菌した。同様に、NMミセル、MA-NPミセル及びCBA-NPミセルを、1mLのPBS中、それぞれ、10mgのPEG-CA8、9mgのMA4-PEG-CA8及び1mgのPEG-CA8、並びに1mgのCBA4-PEG-CA8及び9mgのPEG-CA8を用いることによって調製した。これらの3つのコントロールミセルにおいて、架橋は形成されなかった。
ナノ粒子の調製。先ず、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8(異なる比)を、丸底フラスコ内で特定の極性溶媒、例えば、クロロホルム中に溶解した。溶媒を真空下蒸発させて、薄膜を形成した。PBSバッファを添加して、薄膜を再水和させて、次いで、30分間超音波処理した。ボロン酸エステル結合は隣接テロデンドリマーのCBA及びMA間に形成し、PBS中自己集合により、架橋STICK-NPの形成をもたらした。ナノ粒子溶液を0.22μmでろ過してサンプルを滅菌した。同様に、NMミセル、MA-NPミセル及びCBA-NPミセルを、1mLのPBS中、それぞれ、10mgのPEG-CA8、9mgのMA4-PEG-CA8及び1mgのPEG-CA8、並びに1mgのCBA4-PEG-CA8及び9mgのPEG-CA8を用いることによって調製した。これらの3つのコントロールミセルにおいて、架橋は形成されなかった。
ナノ粒子の特性付け。ナノ粒子の粒径及び粒径分布を、動的光散乱(DLS)装置(Malvern、Nano-ZS)によって測定した。ナノ粒子のテロデンドリマー濃度を、DLS測定のため、1.0mg/mLに維持した。各サンプルを、室温において捕捉時間3回測定した。Malvern Zetasizerソフトウェアによりデータ解析し、各三重反復測定についての平均として値を報告した。ナノ粒子の形態を、pH7.4及び6.5(10分及び24時間)においてTALOS L120C TEM透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。水性ナノ粒子溶液(1.0mg/mL)を銅グリッド上に沈着させて、室温において測定した。テロデンドリマーの1H-NMRスペクトルを、CDCl3中Bruker 800MHz分光計を用いて記録した。
STICK-NP生成の検討。MA4-PEG-CA8(0.9mg)及びCBA4-PEG-CA8(0.1mg)を、それぞれ、1mLの水、メタノール、アセトニトリル(ACN)、ジクロロメタン(DCM)、酢酸エチル及びメチルベンゼンに溶解し、ナノ粒子の粒径をDLSにより試験した。それから、溶媒を真空下蒸発させて、薄膜を形成した。PBSバッファ(1mL)を添加して、薄膜を再水和させて、次いで、30分間超音波処理した。これらのナノ粒子の粒径及び形態を、DLS及びTEMによって試験した。加えて、0.1mL、20mg/mL SDS溶液を、これらのナノ粒子に添加して、DLSによりボロン酸塩架橋結合形成を試験した。
STICK手法の原理は、刺激応答性架橋を形成することもできるであろう2つの異なる標的部分を選択することである。脳腫瘍送達における障壁2及び3を考慮して、MAを選択し、BBB/BBTB内皮細胞を介したGLUT1媒介トランスサイトーシスのためにグルコース誘導体を選択し、脳腫瘍細胞上で高度に発現されたシアル酸を標的とすることができる一種のボロン酸であるCBAを選択した。テロデンドリマー対、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8(図1A;図7A)を合成し、2つのテロデンドリマーの分子量、多分散指数(PdI)及び化学構造を、それぞれ、マトリクス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析法(MALDI-TOF MS)、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(図7B)及び1H核磁気共鳴分光法(1H-NMR)(図7C~7D)によって特徴付けた。PEG-CA8と同様に、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8テロデンドリマー両方は、狭い粒径分布を有する詳細に明らかにされた小(Z平均サイズ:~24nm)球状ナノ粒子を個別に形成することができた(図1B;図7E~7F、及び図8A~8B)。シーケンシャルターゲティングを実現するために、第一期脳内皮細胞のため、MAテロデンドリマーのより高い比は、CBAテロデンドリマーのより低い比を有するボロン酸エステル結合の形成後、ナノ粒子表面上の遊離MA標的部分を残存する必要がある(図1C)。したがって、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8の異なる比(1:1、5:1、及び9:1)を混合してSTICK-NPを形成した。強度加重分布、多分散指数(PdI)、及び脳内皮細胞ターゲティング能力を、それぞれ、動的光散乱(DLS)及び蛍光画像を用いて評価した(図7E~7G)。MA4-PEG-CA8比の増大と共に、得られたナノ粒子の粒径及び内皮細胞ターゲティング能力も増大し、ナノ粒子PdIは減少したことが認められた。上記全ての因子を考慮して、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8の9:1比を、この製剤が全ての比の中でも最も均一なナノ粒子(最も低いPdI)を得るときの最適な比として決定した。他の比は、可能性のあるミセル内架橋(小ミセル内側で形成された)増加を示す大きい及び小さいナノ粒子両方を形成するように思われる。テロデンドリマーの1つの化学種に基づいて形成された小ミセル(TEMにより約~14nm)(図8A~8B)と異なり、STICK-NPは、比較的大きい(Z平均サイズ:144nm;TEM粒径:92±21nm)球状であり、非架橋ミセルと匹敵する粒径を有する多数のより小さい二次ミセルを含有した(図1B、1D)。pH(7.4~6.5)の減少と共に、ボロン酸エステル結合は分解し、STICK-NPは多数のより小さい二次ミセル(Z平均サイズ:~25nm、図1B;TEM粒径:14±3nm、図1D)に解離した。なお、Z平均サイズ及び強度加重分布は、この試験において排他的に使用され、形質転換の過程をよりよく説明する。それにもかかわらず、pH7.4及び6.5両方におけるSTICK-NPの数加重分布は、図8Fにも含まれ、TEM発見をよりよく説明する(図1D)。STICK-NPのpH依存性形質転換のためのカットオフpH値は、約6.8であり(図1E)、形質転換は早ければ5分で起こり、pH6.5環境への暴露により訳1時間で完了した(図1F)。
STICK-NPの別の特定の特徴は、疎水性及び親水性ペイロード両方をカプセル化するこれらの能力であり、総じて疎水性薬物のみをロードする従来のミセルより重要な利点を提供する。STICK-NPは、低極性溶媒において選択的に親水性相互作用により誘導されるコア可逆ミセルに自己集合し、別の試験において報告されているように充分な親水性空間を形成した。ミセル間ミセル架橋の形成は、新たに形成された疎水性コアと共に水溶液中、続く集合手順において親水性空間を保持する。これは、他のコントロールミセルの様に、二次ミセルと疎水性コール酸コア中の疎水性薬剤との間の疎水性薬剤のトラッピングを可能とする(図1A)。親水性薬剤(例えば、インドシアニングリーン(ICG)、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl))と、疎水性薬剤(例えば、シアニン7.5(Cy7.5)、1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)、VCR及びパクリタキセル(PTX))との両方を、高ローディング効率でSTICK-NPにカプセル化することができることが実証された(表1)。Gd-DTPA及びCy7.5を、後のセクションにおいて示されているように様々なセラノスティックな応用のために、146nmの径を有するSTICK-NPに一緒に同時ロードすることができた。
STICK-NPを、様々な極性を有する多種多様な溶媒中で製剤した(図1G)。非極性溶媒中では、可逆ミセルの粒径を、溶媒蒸発及びPBS中での再水和でさえ116nmを超えて維持した。MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8は非極性溶媒の存在下安定なミセル間架橋を形成することができるので、ドセシル硫酸ナトリウム(SDS)などの強力な洗剤でさえ、ミセルを分解しなかった。対照的に、極性溶媒中では、MA4-PEG-CA8及びCBA4-PEG-CA8はコア可逆ミセルを形成することができず、最終的なナノ粒子は、他のコントロールミセルと比較してより小さい粒径を示した。かかるより小さいミセルを、SDSの存在下容易に破壊することができ(図1G)、これは、おそらく、ナノ粒子を安定化するのに充分なボロン酸架橋結合が形成されなかったためであろう。
実施例3.薬物送達
STICK-NPによる疎水性及び親水性薬剤のローディング。疎水性及び親水性薬剤(表1)を、記載されている溶媒蒸発及び架橋パッケージング方法によってSTICK-NPにロードした。簡潔に、親水性薬剤、MA4-PEG-CA8(9mg)及びCBA4-PEG-CA8(1mg)を、2mLの超純水に溶解し、次いで、3分間超音波処理し、水を真空下蒸発させて、丸底フラスコ内に薄膜を形成した。それから、薄膜を、3mL無水クロロホルム中に疎水性薬剤と共に分散した。クロロホルムを真空下蒸発させて、再度、薄膜を形成した。PBSバッファ(1mL)を添加して、薄膜を再水和させて、次いで、5分間超音波処理した。ロードされていない遊離薬剤を、遠心分離ろ過機器(MWCO:3kDa、Microcon(登録商標))によりナノ粒子溶液を流すことによって除去した。フィルター上の疎水性及び親水性薬剤、ロードされたSTICK-NPを、PBSで回収した。薬物ローディング率を、検量線及び吸収強度(Cy7.5など)、HPLC(ビンクリスチンなど)又はプラズマ発光質量分析計(ICP-MS)(Gd-DTPAなど)による薬物標準品の濃度に従って算出した。ローディング効率は、最初の薬剤含有率に対するナノ粒子へロードされた薬剤の比と定義される。
STICK-NPによる疎水性及び親水性薬剤のローディング。疎水性及び親水性薬剤(表1)を、記載されている溶媒蒸発及び架橋パッケージング方法によってSTICK-NPにロードした。簡潔に、親水性薬剤、MA4-PEG-CA8(9mg)及びCBA4-PEG-CA8(1mg)を、2mLの超純水に溶解し、次いで、3分間超音波処理し、水を真空下蒸発させて、丸底フラスコ内に薄膜を形成した。それから、薄膜を、3mL無水クロロホルム中に疎水性薬剤と共に分散した。クロロホルムを真空下蒸発させて、再度、薄膜を形成した。PBSバッファ(1mL)を添加して、薄膜を再水和させて、次いで、5分間超音波処理した。ロードされていない遊離薬剤を、遠心分離ろ過機器(MWCO:3kDa、Microcon(登録商標))によりナノ粒子溶液を流すことによって除去した。フィルター上の疎水性及び親水性薬剤、ロードされたSTICK-NPを、PBSで回収した。薬物ローディング率を、検量線及び吸収強度(Cy7.5など)、HPLC(ビンクリスチンなど)又はプラズマ発光質量分析計(ICP-MS)(Gd-DTPAなど)による薬物標準品の濃度に従って算出した。ローディング効率は、最初の薬剤含有率に対するナノ粒子へロードされた薬剤の比と定義される。
薬物放出プロファイル。STICK-NP@Cy@Gdを製剤し、3kDa MWCOを含む透析カセット(Pierce Chemical Inc.)を用いてインビトロ放出プロファイルを評価した。理想的シンク条件とするため、10gのチャコールを、放出媒体に添加した。カセットを室温に置いてPBS(pH7.4)に対して透析した。pH7.4におけるPBSを、4時間においてpH6.5における新鮮なPBSにより置換した。様々な時点における透析カセットに残存しているCY7.5及びGd-DTPAの濃度を、UV可視分光光度計及びICP-MSによって測定した。
STICK-NPの異なるコンパートメントにおける特徴的な薬物ローディングは、pH変化に応じた親水性及び疎水性ペイロードの異なる薬物放出プロファイルをもたらした。親水性Gd-DTPA及び疎水性Cy7.5染料を、STICK-NPに同時ローディングするためのモデル薬物として使用し、薬物放出試験を、最初にpH7.4媒体において行い、次いで、4時間後pH6.5媒体において行った(図2A~2B)。この実験は、インビボ薬物放出において2段階をモデル化するように意図的に設計された(血液中pH7.4及び腫瘍微小環境中pH6.5)。親水性Gd-DTPAを、効果的にNMにロードすることができず、したがって、NM+遊離Gd-DTPAをこの試験で使用した。図2Aは、遊離gd-DTPAは即時に放出されたが、Gd-DTPAはずっと低い速度でSTICK-NPから放出したが、pH6.5溶液へ変化することにより加速することができたことを示した。これは、親水性Gd-DTPAはミセル間でトラップされ、徐々に拡散することができたが、ミセル間架橋結合のpH依存性切断によってのみ迅速に放出することができた。STICK-NPの二次ミセルの疎水性内部にロードされた疎水性Cy7.5の放出速度は、pH7.4におけるGd-DTPAのものより劇的に遅く、これはCy7.5の疎水特性のせいだと思われる(図2B)。酸性pHにおいて、STICK-NPからのCy7.5の放出は、おそらく、二次ミセル内で形成された穏やかな架橋結合のせいで、僅かに増強された。対照的に、非架橋非ターゲティングミセルにロードされたCy7.5(NM@Cy)は、pH7.4においてより速い薬物放出を示し、pH応答性架橋結合が存在しないのでpH変化に対して最小限しか応答しなかった(図2B)。これらの結果は、STICK-NPがより低いpHに応答して親水性薬物を迅速に放出し、二次ミセル放出機序により腫瘍に疎水性薬物を送達することができることを実証した。同時ロードされたCy7.5及びGd-DTPAを活用して、STICK-NPは、デュアルモダリティイメージング(磁気共鳴イメージング(MRI)及び近赤外蛍光(NIRF)イメージング)のために潜在的に応用することができるだろう(図2C;図8C~8E)。より低いpH環境への暴露により、STICK-NP@Cy@Gdは、形質転換し、親水性Gd-DTPAを放出し、遊離Gd-DTPAのものと匹敵する回収T1シグナルをもたらした。pHが7.4から6.5に変化した場合、STICK-NP@Cy@Gdのr1は、1.061mM-1・s-1から4.447mM-1・s-1へ増加した(図8E)。
脳腫瘍ナノ粒子送達に対する第一生物障壁は、極端な希釈、イオン性環境、及び血液タンパク質及びリポタンパク質(例えば、HDL、LDL)との相互作用を含む血液循環において強力な安定化効果であり、ナノ粒子解離及び早発性薬物放出をもたらす。ミセル間架橋結合により安定化して、STICK-NP@Cy@Gdは、35日の期間にわたってPBSにおいて並びに50mM SDS及び10%FBS/PBSの存在下でさえこれらの粒径を保持した(図2D)。STICKは、CBA及びMA(2つのcis-ジオールを有するグルコース誘導体)間のボロン酸エステル結合の形成に依存するので、架橋結合の分解をもたらす血清グルコースから可能性ある競合に関する懸念が存在した。したがって、更なる実験を行い、架橋結合がグルコースの生理的濃度において及び100mmol/Lに達するグルコース濃度以下では非常に安定であることを実証した(図2E)。なお、正常なヒトの血清グルコースレベルは、約3.9~5.5mmol/L(70~100mg/dL)であり、糖尿病患者でさえ50mmol/Lのグルコースレベルに達することがありそうもない。加えて、STICK-NPを、ラットにおける薬物動態試験で例外的に行った。従来のNM及び遊離Cy7.5製剤と比較して、STICK-NP@Cy@Gdは、それぞれ、5.4倍及び17.6倍曲線下面積(AUC(0~∞))を増大した(図2F;表2)。加えて、STICK-NP@Cyは、最も高いCmax(34.98±3.63mg/L、又はNM@Cyより5倍高い)、及び最も長いt1/2z(34.66±12.13時間、又はNM@Cyより2倍長い)を示した。これらの結果は、STICK-NPが循環中に優れた安定性を示し、ミセル間架橋結合のせいで早発性薬物放出を防止したことを強力に支持している。全身循環時間を著しく増加させるかかる改良は、脳腫瘍に対する長期薬物送達窓(delivery window)を提供する。
同所性脳腫瘍モデルは、機械的破砕のせいでインタクトBBBを有しないかも知れないので、インビトロ及び正常Balb/cマウスにおいて、不充分な脳透過性化学療法薬、不充分な脳透過性のためのVCRの送達のためのSTICK-NPの能力を検証することを決定した。同様に、STICK-NP@VCRは、脳内皮細胞を通り過ぎ、BBBトランスウェルモデリングシステムにおける遊離及びNM@VCRと比較して、著しく高いVCRをより低いチャンバーに送達することができた(図9C)。Balb/cモデルでは、注射後6時間において、全脳を収穫し、組織薬物濃度をLC/MSによって測定した。遊離VCR、又は他の非-若しくは単一標的製剤と比較して、STICK-NP@VCRが実証された後、VCRの約2倍量は正常脳実質に保持した。まとめると、これらの結果は、STICK-NPが、GLUT1媒介トランスサイトーシスによりBBB/BBTBを効率的に横断することができたことを確信させた。
脳組織内の薬物蓄積。4~5週齢雌Balb/cマウス(Envigo、米国カリフォルニア州サクラメント)に、遊離VCR、NM@VCR、MA-NP@VCR、CBA-NP@VCR、及びSTICK-NP@VCR(n=4)を、2mg/kgにおいて静脈内注射した。6時間後、動物を安楽死処置し、全脳を即時収穫した。脳組織の重量を量り、PBS中でホモジナイズした。VCRを、3分間超音波処理によってメタノールで抽出した。組織VCR濃度を、検証されたLC-MS/MS方法によって決定した。
簡潔に、三連四重極型LC-MS/MSシステムは、1200シリーズHPLCシステム(Agilent Technologies、米国)及び質量分析計(6420triple Quad LC/MS、Agilent Technologies、米国)から成る。クロマトグラフィーによる分離を、40℃においてWaters XBridge-C18(2.1mm×50mm、3.5μm)カラムで行い、均一濃度の移動相Aは10mM酢酸アンモニウム0.1%ギ酸水溶液であり、移動相Bはアセトニトリルであった。
勾配は、0分、10%B;0.8分、10%B;2分、20%B;3.0分、90%B;3.5分、90%B;それから0.5分で10%Bに戻って、次の注入のために0.8分間平衡にした。注入体積は10μLであり、流速は0.2mL/分であった。VCR及びビンブラスチン(内部標準として)を、陽イオンモードにおいてESI源によって全イオン化した。MSパラメータは次の通りであった:キャピラリー、5000V;ガス温度、320℃;ガスフロー、8L/分;及びネブライザー、40psi(2.8×105Pa)。VCRのため40eVの衝突エネルギー(CE)及び280Vのフラグメンターでm/z825→765の遷移、並びにビンブラスチンのため40eVのCE及び280Vのフラグメンターでm/z811→355の多重反応モニタリング(MRM)を用いて定量化を行った。システム制御及びデータ解析を、Mass Hunter Work station Software Qualitative Analysis(バージョンB.06.00)及びQuantitative Analysis(バージョンB.05.02)により行った。
VCRは抗がん活性を充分に実証したが、脳腫瘍におけるその有効性は、そのBBB/BBTB及び用量制限神経毒性を浸潤する能力がないことのせいで限定的である。したがって、STICK-NPを使用して、VCRを送達し、非常に侵襲性及び浸潤性である同所性DIPG脳腫瘍モデルにおけるこれらの抗がん効果を評価した。小児DIPG細胞を、SCIDマウス脳の橋に注射して同所性モデルを定着させた。Gd増強T1加重MRI(図6A)を用いたマウスのDIPG脳腫瘍の定着を確認後、マウスを9群にランダムに割り当てた:PBS、1.5mg/kg、遊離VCR、NM@VCR、MA-NP@VCR、CBA-NP@VCR、STICK-NP@VCR及びマルキボ(リポソームVCR)、及び2高用量群、遊離VCR2及びSTICK-NP@VCR2(VCR 2mg/mL)(n=6)。これは非常に侵襲性DIPGモデルであるので、遊離VCR(1.5及び2mg/kg)、NM@VCR、MA-NP@VCR、CBA-NP@VCR、及びマルキボ、全ては、腫瘍増殖に対する阻害効果を有し、PBSコントロールと比較して動物の生存率を延ばすことができなかった(図6A~6D)。非常に励みにして、STICK-NP@VCRは、腫瘍増殖(図6A~6C;図13)の妨害において有望な効果を示し、マルキボ、CBA-NP@VCR及びMA-NP@VCR(生存時間、それぞれ、12.5日、12日及び12日)と比較して生存時間をほとんど倍増(21.3日)した(図6D)。より高用量(2mg/kg)においてさえ、VCRは、DIPG担持マウスの生存時間において利益を有しなかった(図6A~6C)。対照的に、同等な用量レベルにおけるSTICK-NP@VCRは、全体的生存時間を更に延長することができ、この群における6匹のマウスから2匹は50日を超えて生存した。最善結果を得るため、継続的に、残った動物を、6日毎に2mg/kgのSTICK-NP@VCRで治療した。これらのマウスにおける同所性DIPG腫瘍は完全に根絶された。治療期間の間、腫瘍負荷及び浸潤の増加のせいで神経学的症候群を発症するまで、体重の有意な変化はなかった(図6E;図14)。加えて、同様な有効性試験を、ヌードマウスにおけるより血管新生されたGBM同所性モデルにおいて行った(図15)。STICK-NP@VCRは、2mg/kg VCRの単回用量のみを含む他の製剤より一貫して性能が優れていた。STICK@VCRは、MRI及び病理組織診断両方に基づいて腫瘍進行を著しく妨害し(図15A、15D)、他の製剤(全て17日未満)と比較して生存時間メジアン(34日)を延長した。主要な臓器を治療後12日目で収穫し、全群において特定された主要な病変はなかった(図15F)。STICK-NPは、化学療法薬の高用量を腫瘍部位へ効果的に送達し、限定的毒性を有する脳腫瘍を根絶することができた。CBA又はMA単一標的ナノ粒子のいずれかによる期待外れの抗がん結果は、脳腫瘍送達中の複雑さ及び動的環境を考慮する必要性を再認識させる。
実施例4.疾病の標的化
細胞培養。マウスbEnd.3細胞及びヒトU87-MG細胞をATCCから入手し、5%CO2環境下37℃において10%ウシ胎仔血清(FBS)及び1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含有するDMEM中で維持した。U87-MG細胞を、イメージング試験のためGFPでトランスフェクトした。
細胞培養。マウスbEnd.3細胞及びヒトU87-MG細胞をATCCから入手し、5%CO2環境下37℃において10%ウシ胎仔血清(FBS)及び1%ペニシリン/ストレプトマイシンを含有するDMEM中で維持した。U87-MG細胞を、イメージング試験のためGFPでトランスフェクトした。
Transwell(登録商標)培養システム。BBB/BBTBをモデル化するため、Transwell(登録商標)培養システムを使用して、下チャンバーにおいて培養されたU87-MGと一緒に又はなしで上チャンバーのbEnd.3細胞を培養した。Transwellの細孔径は0.4μmであり、各ウェルに、5×104bEnd.3細胞を播種した。インビトロでのbEnd.3単層の密着性を経内皮電気抵抗によって評価した。7日後、経内皮電気抵抗値は、200Ω・cm2を超え、密着結合が形成したと見做された。それから、U87-MG細胞を、一夜下チャンバーにおいて培養した。STICK-NP@Cy(0.2mg/mL Cy7.5)及び図のように他のコントロールを、2時間上チャンバーに蒔き、自然トランスサイトーシスを可能とした。下チャンバーのサンプルを異なる時点で回収して、Cy蛍光及びDLSを用いて粒径(FBSの代わりにPBSを使用した)を検出した。Transwellを取り出し、下チャンバー培地のpH値を、10mM HClによりpH6.5に調整又はpH7.4のまま放置した。ナノ粒子含有培地を、更に1時間U87-MG細胞と共に下チャンバーに更に放置し、細胞取込みを可能とした。下チャンバーのU87-MG細胞取込みを、蛍光顕微鏡(BZ-X700、キーエンス、日本)を用いてモニターした。イメージングをImage Jによって定量・解析した。
インビトロ及びインビボ浸潤試験。STICK-NPが接触した第二障壁は、BBB/BBTBであり、密着結合は、脳微小血管内皮細胞により形成された。STICK-NPに対するMA(グルコース誘導体)の過剰比は、GLUT1媒介内皮細胞トランスサイトーシスのための第一暴露標的部分であるが、CBAは、STICKにおいて遮蔽される(図1A)。マウス脳内皮細胞(bEnd.3)細胞を、Transwell(登録商標)システムの上部チャンバーにおいて培養し、密着結合形成を、経内皮電気抵抗(TEER)>200Ω・cm2により確認した(図3A)。bEnd.3細胞(トランスサイトーシス中)(図3B;図10)及び下チャンバーにおける培地(トランスサイトーシス後)(図3C)における総蛍光強度の評価を、上部チャンバー上のナノ粒子のローディング後、異なる時点において行った。図3Bは、STICK-NP@Cy及びMA-NP@Cy(MAによるGLUT1も標的化)が全群の中でも最も高い細胞内シグナルを有することを示した。この発見と一致して、STICK-NP@Cy及びMA-NP@Cy群は、下チャンバーへの最も高い密着結合横断量を有した(図3C)。GLUT1をGLUT1阻害薬(WZB-117)(図9A~9B)によって遮断する場合、STICK-NP@Cyの横断は最小化された。最も興味深い発見は、上及び下チャンバーにおけるSTICK-NP@Cyの粒径と比較する場合、STICK-NP@Cyの粒径は、bEnd.3細胞によるトランスサイトーシス前(~164nm)及びトランスサイトーシス後(~146nm)同様なままでることだった(図3D)。bEnd.3細胞におけるSTICK-NP@DiDの細胞下分布を評価する場合、STICK-NP@DiDは、0.057の低いピアソン係数指標を有するリソソームと共存しないことが分かった。おそらく、低リソソームpH(5.5)は、リソソーム依存性経路が存在する場合、架橋結合を破壊し、より小さい二次ミセルの放出を開始するべきだった。証明されたこれらの集団は、STICK-NPが、おそらくトランスサイトーシス経路によりBBBを通過し、更なる詳細機序試験を行う考えを支持する。
U87-MG三次元スフェロイドを、報告された方法に従って培養した。簡潔に、U87-MG-GFP細胞を、1×104細胞/ウェルの密度でU底プレートに播種した。4日後、細胞は、400μm以下の径を有する密着スフェロイドに増殖した。それから、腫瘍スフェロイドを、STICK-NP@DiD(pH7.4/6.5下)又は他のコントロールと共に24時間インキュベートした。Leica共焦点走査顕微鏡によりイメージングを得て、腫瘍スフェロイドの中央部に向かうナノ粒子浸潤程度を評価した。イメージングを、Image Jによって更に解析した。
同所性脳腫瘍モデルを、雌SCIDマウスの脳幹の左側部に2.5×104DIPG(PDX)細胞の注射によって定着させた。マウスに、STICK-NP@DiD及びNM@DiD(DiDのために2.5mg/kg)を注射した。24時間後、マウスを安楽死処置し、FITC-デキストラン(70K)を注射して、安楽死処置前2分において血管を標識した。
細胞取込みアッセイ。そして、BBBを通過後、STICK-NPは、酸性腫瘍微小環境(障壁3)に侵入する。より低い細胞外pHに応じて、STICKは分解して、二次小ミセルの放出をもたらした(図3D、3G)。CBAは、本来、STICKの一部として遮蔽され、脳腫瘍に対する二次腫瘍標的部分として架橋結合の切断後暴露されることになった(図1A及び図3G)。次に、蛍光イメージングを用いた二次STICK-NPの脳腫瘍細胞ターゲティング及び細胞取込み能力を調査した。ヒトU87-MG GBM細胞を、pH7.4及びpH6.5両方において4時間STICK-NP@Cy及び他のコントロール製剤で治療した(図3H~3I)。結果は、全体的細胞取込みは、遮蔽されたCBAと共にSTICK-NPを含む全群中pH7.4において比較的より低いことを実証した。対照的に、pH6.5での前治療は、STICK-NP@Cyの脳腫瘍細胞取込みを有意に増強するCBAを暴露した。逆に、pH6.5における前治療でさえ遊離Cy7.5、MA-NP@Cy、CBA-NP@Cy、及びNM@Cy群において有意な増強はなかった。ナノ粒子取込みにおけるシアル酸発現の潜在的役割を更に探究するため、3-アジドチミジン(AZT)で細胞を治療して表面シアル酸発現を増加した。かかる治療は、STICK-NP(pH6.5)の腫瘍細胞取込みを更に促進した(図3H~3J)。さらに、STICK-NP(pH6.5)のCBA媒介細胞取込みを、過剰な遊離CBAによって徹底的に遮断することができた(図3H~3J)。これらの結果は、STICK-NPを、形質転換後脳腫瘍細胞によって効果的に取り込むことができ、これは、シアル酸媒介トランスサイトーシスを増強する新たに現れたCBAのせいだと思われることを証明した。pH6.5下、CBAは、グルコース(MAとして)よりシアル酸に対するずっと高い親和性を有し、したがって、腫瘍細胞上のシアル酸と好ましく結合することになることは考慮に値した。
STICK-NP@Cyの細胞取込みを試験するため、bEnd.3細胞又はU87-MG細胞を、8ウェルチャンバースライドに播種し(10000細胞/ウェル)、STICK-NP@Cy及び他のコントロール(0.1mg/mL Cy7.5)で1時間治療し、PBSにより3回洗浄した。それから、細胞を固定し、DAPIで染色した。細胞イメージングを、キーエンス蛍光顕微鏡を用いて得た。定量試験のため、bEnd.3細胞又はU87-MG細胞(10000細胞/ウェル)を、96ウェルプレートに一夜の間に播種し、次いで、STICK-NP@Cy及び他のコントロール(0.1mg/mL Cy7.5)で細胞を治療した。0時間、1時間、2時間、3時間、及び4時間において細胞を収穫し、PBSで洗浄した。全細胞を、100μL DMSOで溶解し、蛍光強度を蛍光分光光度計(RF-6000、島津、日本)により測定した。GLUT1活性を阻害するため、bEnd.3細胞を、40μMのWZB-117で24時間前治療した後、STICK-NP@Cyと共にインキュベートした。腫瘍取込み試験のため、U87-MG細胞を、40μMのAZTで24時間前治療して、表面シアル酸の発現を変えた。相互作用を遮断するため、U87-MG細胞を、過剰遊離CBA(80μM)と共に24時間プレインキュベートして、より小さい二次ミセルにおけるCBA標的部分によるSTICK-NP@Cy(pH6.5)と結合部位獲得のため競合させた。
脳腫瘍への送達における障壁2(BBB/BBTB)及び障壁3(脳腫瘍取込み)の組合せをモデル化するため、bEnd.3細胞を、Transwellの上チャンバー及び下チャンバーにおけるU87-MG脳腫瘍において培養した(図3K)。STICK-NP@Cy及び他のコントロールを、上チャンバーに1時間ロードし、下チャンバー中の培地のpHを、更に1時間7.4又は6.5に調整し、U87-MG腫瘍細胞取込みを可能とした。予想通りに、図3L、mは、STICK-NP@Cy(pH6.5)群は、下チャンバーにおけるSTICK-NP@Cy(pH7.4)、MA-NP@Cy、CBA-NP@Cy、及びNM@Cy(pH7.4及び6.5)群又は遊離染料と比較して、U87-MG細胞内で最も高い取込みを達成したことを示している。GLUT1阻害は、低減したトランスサイトーシスが原因である可能性がある最終U87-MG細胞取込みも妨害した(図3B~3C)。全体でこれらの結果は、BBB/BBTBトランスサイトーシス、形質転換、及び腫瘍細胞取込みを含むSTICK-NPの有意に増強された薬物送達の機序の段階的検証を提供した。重要なことに、CBA又はMAのいずれかを含む単一標的ナノ粒子は、脳腫瘍への送達を僅かに改良したが、有効性は比較すればなお最適以下であった。
トランスサイトーシス及び形質転換後、STICK-NPは、腫瘍における深い組織浸潤により適している約20nmの径を有する多数の二次ミセルを放出した(図1B、1D)。三次元多細胞スフェロイドシステムは、インビボ条件に最も類似し、コンパクトな細胞外マトリックス環境を形成し、インビトロ薬物浸潤の試験を可能とする。粒径依存性組織浸潤を評価するため、U87-MGニューロスフェア(~400μm)を、pH7.4又は6.5下、STICK-NP@DiD及び他のコントロール製剤と共にインキュベートした。24時間後、U87-MGスフェロイドの共焦点蛍光イメージングは、形質転換されていないSTICK-NP@DiD(pH7.4)群が、その比較的大きい粒径(~142nm)のせいで、不充分な浸潤及びより低い浸潤深さ(30.1μm±5.9μm)(図4A;図11)を有することを示した(図1B)。pH依存性形質転換により、STICK-NP@DiD(pH6.5)は、STICK-NP@DiD(pH7.4)と比較して有意に優れた浸潤能を有し、小さい粒径(~20nm)を有する他のナノ製剤と比較して同様の深さに達した(図4A;図1B;図11)。同様なpH依存性形質転換/浸潤効果を、DIPG患者腫瘍移植(PDX)ニューロスフェア(~300μm径)において更に確認した(図4B)。pH応答性特徴は、実際、腫瘍選択性と共にSTICK-NPに備わる。したがって、同所性DIPGモデルを使用して、正常脳及び酸性腫瘍部位両方におけるSTICK-NPの組織浸潤の程度を評価した。図4C~4Dは、24時間において、STICK-NP@DiDは、血管から約30μm離れたDIPG腫瘍組織に浸潤することができたことを示した。対照的に、正常脳実質(報告されたイヌ脳実質pHは7.13であった)では、STICK-NP@DiDは、血管を超えて約5μmしか浸潤しなかった。一方、NM@DiDコントロールは、最小限の正常脳浸潤能しか有しなかった(図4C)。インビトロ試験に加えて、STICK-NPが酸性環境に選択的に応答して、新たに放出されたCBA標的部分を有する二次ナノ粒子を放出し、より優れた腫瘍組織浸潤及び腫瘍細胞取込みを可能とすると結論された。pH選択性では、STICK-NPは、限定的な正常組織浸潤しか有さず、神経毒性に対する懸念はより少ない。
同所性脳腫瘍モデルにおける抗がん有効性試験。同所性脳腫瘍モデルを、上記のように、2.5×104DIPG(PDX)細胞を雌SCIDマウスの脳幹の左側部に、又は5×104GBM(U87-MG)細胞を雌ヌードマウスの脳の左側部に注射することによって定着した。脳腫瘍の定着を確認した後、マウスを、異なる群にランダムに割り当てた。腫瘍サイズを、先進的T1加重イメージング(TR/TE=300ms/15ms)を用いてモニターした。イメージング試験のため、マウスに、250mg/kg Gd-DTPAを注射した。DIPGモデルの腫瘍サイズを、異なるMRIスライス、1mm厚の主要領域のアグリゲーション(aggretation)から算出した。GBMモデルの腫瘍サイズを、次式として算出した:
腫瘍量(mm3)=(L×W2)/2
式中、Wは腫瘍の幅であり、Lは腫瘍の長さである(W<L)。群当たり1匹のマウスを、MRIイメージング後12日目に安楽死処置し、腫瘍を有する臓器及び脳を、病理組織評価のために収穫した。動物を、外観、挙動、及び体重を継続的にモニターした。体重減少が>20%となった時点で、動物を、人道的エンドポイントに達したと見做した。
腫瘍量(mm3)=(L×W2)/2
式中、Wは腫瘍の幅であり、Lは腫瘍の長さである(W<L)。群当たり1匹のマウスを、MRIイメージング後12日目に安楽死処置し、腫瘍を有する臓器及び脳を、病理組織評価のために収穫した。動物を、外観、挙動、及び体重を継続的にモニターした。体重減少が>20%となった時点で、動物を、人道的エンドポイントに達したと見做した。
STICK-NPの標的送達を、同所性DIPG PDXモデルにおいて更に調査した。Gd増強T1加重MRIを先ず使用して、DIPGを定着した。Gdシグナルのクリアランス後、マウスに、DiD+Gd、NM@DiD+Gd、及びSTICK-NPs@Gd@DiDを再注射し、注射後16時間においてイメージングを再度行った(図5F)。図5Fに示されているように、STICK-NP@Gd@DiDは、イメージングモダリティ両方に示されているように腫瘍部位において選択的及び効果的に濃縮した。イメージング試験は、STICK-NP@Cy@Gdが、腫瘍部位にペイロードを特異的に送達し、正確なイメージング誘導薬物送達及び外科手術中腫瘍境界の描写のための潜在的利用化を可能とすることができることの強力な支持の役割をした。対照的に、そのインビトロ標的効果を以前に示した単一標的製剤、MA-NP、及びCBA-NPは、インビボで同所性脳腫瘍に充分なペイロードを送達することができなかった。
実施例5.イメージング
ARSベース蛍光アッセイ。ARSは、ボロン酸との結合時、吸収及び蛍光強度の劇的変化を示すカテコール染料である。ARSベース蛍光アッセイを利用して、溶液中のボロン酸エステル結合の形成を確認した。簡潔に、ARS(0.1mg/mL)を、CBA4-PEG-CA8(2.5μM)及びMA4-PEG-CA8の異なる濃度(0~40μM)と混合した。ARSの蛍光強度(発光:585nm、励起:468nm)の変化を、蛍光分光光度計(島津、RF-6000)を用いて測定した。
ARSベース蛍光アッセイ。ARSは、ボロン酸との結合時、吸収及び蛍光強度の劇的変化を示すカテコール染料である。ARSベース蛍光アッセイを利用して、溶液中のボロン酸エステル結合の形成を確認した。簡潔に、ARS(0.1mg/mL)を、CBA4-PEG-CA8(2.5μM)及びMA4-PEG-CA8の異なる濃度(0~40μM)と混合した。ARSの蛍光強度(発光:585nm、励起:468nm)の変化を、蛍光分光光度計(島津、RF-6000)を用いて測定した。
同所性脳モデルの定着及び光学及びMRイメージングの試験。次に、同所性PDX GBMモデルを利用して、デュアルモダリティイメージング:NIRFイメージング(Cy7.5)及びMRI(Gd-DTPA)を用いてSTICK-NP@Cy@Gdの体内分布を評価した(図5A)。注射後10分において、全群は、全体的脳MRI T1加重シグナルを増加した(図5A)。注射後24及び48時間において、STICK-NP@Cy@Gd群は、遊離Cy7.5+Gd、NM@Cy+Gd、CBA-NP@Cy+Gd、及びMA-NP@Cy+Gd群と比較して、腫瘍部位において有意に高いT1加重MRIシグナル強度(図5A~5B)及びCy7.5蛍光強度(図5A、5C、5D)両方を有した。STICK-NPと異なり、親水性Gd-DTPAを、NM、CBA-NP、及びMA-NPにロードすることができず、したがって、コントロール群としてのCy7.5ロードナノ粒子に加えて、これらの群の遊離Gd-DTPAとして注射したことに注目することは重要である。STICK-NP@Cy@GdのNIRF又はT1加重MRIシグナルは、長時間腫瘍中に維持され、注射後72時間においてベースラインに戻るだけであった(図12A)。Gd-DTPAの臨床用量の使用された1/3しか使用しなかったが、この特定のPDXモデルは、透過性不良を示し、10分に腫瘍部位において提示されたGd-DTPAの最小T1シグナルによって証明されたように思われた(図5A)。それにもかかわらず、STICK-NPは、PDX GBMモデルにおいていまだ効果的に標的化、浸潤、及び保持することができる。
脳腫瘍への標的送達有効性及び選択性を更に精査するため、別セットのマウスをナノ粒子投与後24時間において安楽死処置し、脳腫瘍を有する腫瘍臓器/脳をエクスビボNIRFイメージングのために収穫した。脳及び他の腫瘍臓器におけるCy7.5シグナルに基づいて体内分布を評価した。図5A、5D、12B、及び12Cに示されているように、STICK-NPは、潜在的にCy7.5染料のクリアランス経路であり得る腎臓を除いて、他の主要臓器と比較して、同所性PDX GBM腫瘍に高濃度のCy7.5を特異的に送達することができた。STICK-NP治療群は、遊離Cy7.5+Gd及びNM@Cy+Gdと比較して、脳腫瘍部位におけるCy7.5シグナルの有意に高い蓄積を有した。STICK-NP群における同所性脳腫瘍からの凍結切片のNIRFイメージングは、0.637以下の算出されたピアソン係数指標で、腫瘍細胞(緑色)及びCy7.5(赤色)(図5E;図12D)間の強力な相関を示した。一方、正常脳は、最小の取込みしか有さず、STICK-NPの優れた腫瘍選択性を示唆した(図5C、5E)。半定量イメージング解析は、同所性グリオブラストーマPDX腫瘍が、それぞれ、MRI及びNIRFイメージングによって隣接する正常脳組織より約1.5倍及び4倍高いシグナルを有することを実証した(図5B、5D)。
患者腫瘍移植(PDX)グリオブラストーマは、UCSFからC.David James博士により快く提供して頂いた。細胞を、以前にGFPでトランスフェクトした。同所性脳腫瘍を定着するため、5μlのPDX細胞(1×107/mL)又はU87(1×107/mL)を、マウス定位装置(Stoelting)を活用してマウスの右線条体領域に注射した。細胞を5分以内で注射し、マウスを全身麻酔下更に5分安静にさせた。動物は、種々後3日間疼痛管理を受けた。2週間後、動物に、図のようにSTICK-NP@Cy@Gd及び他のコントロール群(Cy7.5:10mg/kg;Gd:25mg/kg)を静脈内投与した。Kodakイメージングステーション(4000MM)を用いて図のように異なる時点において、インビボ近赤外蛍光イメージングを得た。同じマウスも、0分、10分、24時間、及び72時間において脳のT1加重MRイメージングに付した。Bruker Biospec 7T MRIスキャナーを使用して、冠状断の横断面図によりイメージングを記録した。次のパラメータを、記録された全T1加重MR画像のために使用した:TR=400ms;TE=15ms;マトリックス=256×256;FOV=20×20mm2。イメージングの24時間後、マススを安楽死処置し、全臓器を、エクスビボイメージングのため、脳を含む腫瘍を含めて収穫した。腫瘍を有する全脳を、最適切断温度化合物に固定した。凍結切片の10μmを、蛍光顕微鏡イメージング(キーエンス)のために使用し、一方、核をDAPIで染色した。
まとめると、STICK技術は、脳腫瘍への薬物送達における複数の障壁に立ち向かう単純だが洗練された解決方法を提供する。グルコース誘導体及びpH応答性ボロン酸塩架橋結合を生成することができるボロン酸ファミリーなど、刺激応答性結合を形成することもできる2つの標的部分の固有対に基づいてSTICKを設計した。現在のSTICK手法では、標的部分(CBA又はMA)は、ターゲティング目的よりずっと多く働く。これらは、ナノ粒子構造に組み込まれ、所望の特徴(例えば、刺激応答性、形質転換性及び万能薬ローディング能力)及びこれらのナノ粒子の全体的送達性能に大いに寄与する。かかる固有のSTICK設計は、以前に公開された二重ターゲティングシステムからそれ自体を明白に区別された。STICK戦略を、特徴が明白なミセル製剤に導入し、STICK-NPが、それぞれ、血流中に残存し、順次、それぞれ、BBB/BBTB及び脳腫瘍細胞に密着することができた。STICK-NPは、MA(暴露)及びCBA(遮蔽)により形成されたミセル間架橋結合で血中環境の安定化を克服することを実証され、有意に循環時間を延長してより広い脳腫瘍ターゲティング窓を可能とすることを示した(図1)。循環中、ナノ粒子上の表面過剰MAは、BBB/BBTBを通るGLUT1媒介トランスサイトーシスを促進して、脳腫瘍を積極的に標的とすることができた(図3)。その後、STICKは、腫瘍部位において内因性酸性pHを経験後切断され、深い腫瘍組織浸潤のためより小さい二次ナノ粒子への形質転換を引き起こし(図4)、増強された細胞取込みのため腫瘍細胞内で過剰発現されたシアル酸に対して二次標的部分、CBAを明らかにした(図5)。pH依存性選択性は、これらのバイオセイフティー特徴を更に与えた。同所性グリオブラストーマ及びDIPGマウスモデルでは、STICK-NPは、デュアルモダリティイメージングのため、腫瘍部位に疎水性及び親水性イメージ剤両方を効果的に送達した。興奮するほど、STICK-NP@VCRは、単一標的製剤と比較して、最も侵襲性及びVCR抵抗性DIPGモデルにおいてさえ、優れた脳腫瘍阻害効果及び劇的に延長された生存時間を示した(図6)。これらの有望な結果は、異なる複雑な障壁の克服におけるSTICKの固有の特徴及び成功した脳腫瘍送達のためのナノ粒子設計中の障害全てを考慮する重要性を強調した。万能薬ローディング能力を得て、STICK-NPは、HDAC及びEZH2などの最も先進的エピジェネティック調節剤を送達するための即時第二の希望を提供することができ、この有効性は、臨床治験の失敗をもたらすBBB/BBTBにより大いに妨害された。STICK戦略は、動的及び絡んだ生物障壁に対する多くの他のナノ製剤設計への手法を適用する注目すべき機会を提供し、侵襲性脳腫瘍のための薬物開発/送達の進歩において影響も与える。
前述の本発明は、理解を明瞭にする目的のため例証及び実施例によっていくつかの詳細に説明したが、当業者は、特定の変更及び修正を、添付のクレームの範囲内で実施してよいと理解するだろう。加えて、本明細書に提供されている各参考文献は、あたかも各参考文献が個別に参照により援用されるのと同じ程度まで、その全文を参照することによって援用される。本願及び本明細書に提供されている参考文献の間に矛盾が存在する場合、本願を優先する。
Claims (37)
- 式Iの化合物であって、
(R1)m-D1-L1-PEG-L2-D2-(R2)n (I)
前記式(I)中、
各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、又はボロン酸誘導体であり;
各R2は、独立して、コール酸又はコール酸誘導体であり;
D1及びD2は、各々独立して、単一焦点基及び複数の分岐モノマー単位Xを有する樹枝状高分子であり;
各分岐モノマー単位Xは、ジアミノカルボン酸、ジヒドロキシカルボン酸又はヒドロキシアミノカルボン酸であり;
L1及びL2は、各々独立して、前記樹枝状高分子の前記焦点基と連結された結合又はリンカーであり;
PEGは、1~100kDaの分子量を有するポリエチレングリコール(PEG)ポリマーであり;
下付き文字mは、2~8の整数であり;及び
下付き文字nは、2~16の整数である、
化合物。 - 各R1は、独立して、ペプチド、1,2-ジヒドロキシ化合物、糖化合物、グルコース、又はグルコース誘導体である、請求項1に記載の化合物。
- 各R1は、独立して、アンジオペプ-2、レボドパ、セルロース、オリゴ糖、シクロデキストリン、マルトビオン酸、グルコサミン、ショ糖、トレハロース、又はセロビオースである、請求項1又は2に記載の化合物。
- 各R1は、独立して、マルトビオン酸である、請求項1~3のいずれか一項に記載の化合物。
- 各R1は、独立して、ボロン酸誘導体である、請求項1に記載の化合物。
- 各R1は、独立して、3-カルボキシ-5-ニトロフェニルボロン酸、4-カルボキシフェニルボロン酸、3-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシフェニルボロン酸、4-(ヒドロキシメチル)フェニルボロン酸、5-ブロモ-3-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-4-カルボキシフェニルボロン酸、2-クロロ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-メトキシ-5-カルボキシフェニルボロン酸、2-カルボキシ-5-ピリジンボロン酸、6-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、5-カルボキシ-2-フルオロピリジン-3-ボロン酸、4-カルボキシ-3-フルオロフェニルボロン酸、又は4-(ブロモメチル)フェニルボロン酸である、請求項1又は5に記載の化合物。
- 各R1は、独立して、4-カルボキシフェニルボロン酸である、請求項1、5、又は6のいずれか一項に記載の化合物。
- 各R2は、独立して、コール酸、(3α、5β、7α、12α)-7,12-ジヒドロキシ-3-(2,3-ジヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-4OH)、(3α、5β、7α、12α)-7-ヒドロキシ-3,12-ジ(2,3-ジヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-5OH)、又は(3α、5β、7α、12α)-7,12-ジヒドロキシ-3-(3-アミノ-2-ヒドロキシ-1-プロポキシ)-コール酸(CA-3OH-NH2)である、請求項1~7のいずれか一項に記載の化合物。
- 各R2は、コール酸である、請求項1~8のいずれか一項に記載の化合物。
- 各Xは、独立して、2,3-ジアミノプロパン酸、2,4-ジアミノブタン酸、2,5-ジアミノペンタン酸(オルニチン)、2,6-ジアミノヘキサン酸(リジン)、(2-アミノエチル)-システイン、3-アミノ-2-アミノメチルプロパン酸、3-アミノ-2-アミノメチル-2-メチルプロパン酸、4-アミノ-2-(2-アミノエチル)酪酸及び5-アミノ-2-(3-アミノプロピル)ペンタン酸である、請求項1~9のいずれか一項に記載の化合物。
- Xは、リジンである、請求項1~10のいずれか一項に記載の化合物。
- 各L1は、結合である、請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物。
- 各L2は、結合である、請求項1~12のいずれか一項に記載の化合物。
- PEGは、1~20kDaの分子量を有する、請求項1~13のいずれか一項に記載の化合物。
- PEGは、約5kDaの分子量を有する、請求項1~14のいずれか一項に記載の化合物。
- 下付き文字mは4であり、下付き文字nは8である、請求項1~15のいずれか一項に記載の化合物。
- 前記式中:
各R1は、マルトビオン酸であり;
各R2は、コール酸であり;
各Xは、リジンであり;及び
PEGは、約5kDaの分子量を有する、
請求項18に記載の化合物。 - 前記式中:
各R1は、4-カルボキシフェニルボロン酸であり;
各R2は、コール酸であり;
各Xは、リジンであり;及び
PEGは、約5kDaの分子量を有する、
請求項18に記載の化合物。 - 複数の第一複合体及び第二複合体を含むナノ粒子であって、
各第一複合体は、請求項2に記載の化合物であり;
各第二複合体は、請求項5に記載の化合物であり;及び
前記複数の複合体は、ナノ粒子の内部は疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部を含むように架橋結合を生成してナノ粒子を形成することにより自己集合する、
ナノ粒子。 - 親水性外部及び内部を含むナノ粒子であって、
前記ナノ粒子内部は、疎水性コアを有する複数のミセルを含む親水性内部及び親水性ミセル外部を含み、各ミセルは複数の第一及び第二複合体を含み、
各第一複合体は、請求項2に記載の化合物であり;
各第二複合体は、請求項5に記載の化合物であり;及び
前記複数の第一及び第二複合体は、架橋結合を生成して、前記疎水性コアを有し、前記親水性ミセル外部上に前記架橋結合を有する前記ミセルを形成することによって自己集合する、
ナノ粒子。 - 前記第一複合体は、請求項19に記載の化合物であり、前記第二複合体は、請求項20に記載の化合物である、請求項21又は22に記載のナノ粒子。
- 前記ナノ粒子は、親水性薬物又はイメージング剤を更に含む、請求項21~23のいずれか一項に記載のナノ粒子。
- 前記親水性薬物又はイメージング剤は、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、インドシアニングリーン(ICG)、シスプラチン、ゲムシタビン(gemicitabine)、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、又はシクロホスファミドである、請求項24に記載のナノ粒子。
- 前記ナノ粒子は、疎水性薬物又はイメージング剤を更に含む、請求項21~25のいずれか一項に記載のナノ粒子。
- 前記疎水性薬物又はイメージング剤は、シアニン7.5(Cy7.5)、1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、エベロリムス、カルムスチン、ロムスチン、テモゾロミド、レンバチニブメシル酸塩、ソラフェニブトシル酸塩、レゴラフェニブ、イリノテカン、パクリタキセル(PTX)、ドセタキセル、BET阻害薬、バルプロ酸、ボリノスタット、パノビノスタット、エンチノスタット、リコリノスタット、AR-42、JMJD3阻害薬、GSKJ4、EZH2阻害薬、タゼメトスタット、GSK2816126、MC3629、EGFR阻害薬、ゲフィチニブ、エルロチニブ、ラパチニブ、オシメルチニブ、AZD92291、IDH阻害薬、エナシデニブ、イボシデニブ、Notch阻害薬、RO4929097、CDK4/6阻害薬、パルボシクリブ、リボシクリブ、アベマシクリブ、PI3K/Akt/mTOR阻害薬、ラパマイシン、ブパリシブ、クルクミン、又はエトポシドである、請求項26に記載のナノ粒子。
- 前記第二複合体に対する第一複合体の比は、約10:1、9:1、5:1、1:1、1:5、又は1:10である、請求項21~27のいずれか一項に記載のナノ粒子。
- 前記第二複合体に対する第一複合体の比は、約9:1である、請求項21~28のいずれか一項に記載のナノ粒子。
- 薬物の送達方法であって、前記方法は:
請求項21~29のいずれか一項に記載のナノ粒子を投与することであって、前記ナノ粒子は、親水性及び/又は疎水性薬物及び複数の架橋結合を更に含む、ことと;
前記薬物を前記ナノ粒子から放出するように前記架橋結合を生体内切断し、それにより、それを必要とする対象に前記薬物を送達することと、
を含む方法。 - 前記疎水性及び/又は親水性薬物は、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、又はパクリタキセル(PTX)である、請求項30に記載の方法。
- 疾病の治療方法であって、前記方法は、請求項21~29のいずれか一項に記載のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性薬物を更に含む、方法。
- 前記疾病は、がんである、請求項32に記載の方法。
- 前記疾病は、グリオブラストーマ、びまん性橋膠腫、脳転移、肺がん、乳がん、結腸がん、腎がん、又はメラノーマである、請求項32又は33に記載の方法。
- 前記疎水性及び/又は親水性薬物は、ドキソルビシン塩酸塩(DOX・HCl)、ドキソルビシン(DOX)、ビンクリスチン(VCR)、又はパクリタキセル(PTX)である、請求項32に記載の方法。
- イメージング方法であって、
請求項21~29のいずれか一項に記載のナノ粒子の治療有効量を、それを必要とする対象に投与することを含み、前記ナノ粒子は、疎水性及び/又は親水性イメージング剤を更に含む、ことと;
前記対象をイメージングすることと、
を含む方法。 - 前記親水性及び/又は疎水性イメージング剤は、ガドペンテト酸(Gd-DTPA)、インドシアニングリーン(ICG)、シアニン7.5(Cy7.5)、又は1,1’-ジオクタデシル-3,3,3’,3’-テトラメチルインドジカルボシアニン4-クロロベンゼンスルホン酸塩(DiD)である、請求項36に記載の方法。
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