JP6463493B2 - 細胞の脂質膜に由来するナノ小胞及びその用途 - Google Patents

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Description

本発明は、細胞の脂質膜(cell membrane)に由来するナノ小胞(nanovesicles)、その製造方法、前記ナノ小胞を利用した薬剤学的組成物、及び診断キットなどに関する。
疾病治療のために薬物を個体に投与する場合、投与される薬物が最適の効力を発揮するように、細胞、組織、臓器及び器官への伝達及び放出を制御する薬物伝達システム(drug delivery system;DDS)が重要である。薬物伝達システムは、薬物の血中濃度を適切に維持させて、最大の治療効果を発揮でき、これを利用して医薬品の薬効及び安定性の極大化、薬物製剤の時間延長、生物学的利用度の増加、副作用を最小化し、必要な身体部位に伝達できるようにする医薬技術であって、医薬品自体に劣らず重要である。1960年代初期から注射及び注入形態、座薬式形態、鼻腔及び口腔投与、そして皮膚や肺を介した薬物伝達システム開発が行われたが、最近、患者及び使用目的によって吸収促進及び制御型DDS(経口、経皮、粘膜)、薬効持続型DDS(注射剤、経口、経皮)、標的部位ターゲット型DDS(経口、注射など)及び人工知能(intelligent)DDS(on demand型)など、その類型がさらに多様になっている。
そのうち、リポソーム(liposome)は、1960年代に初めて使用されて以来、薬物伝達システムとして広く研究されて来た。リポソームは、多様なリン脂質成分よりなる細胞膜と類似した人口膜であって、粒子のサイズ範囲がナノ型、すなわちコロイド性半固形分散製剤と認められる。リポソーム製剤は、毒性が少なくて、処方によってサイズ、電荷、膜構成、膜の透過性などの調節が可能であるため、応用可能性が非常に大きい。最近、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol;PEG)のようなポリマーをリポソームと接合(conjugation)させて、薬物を内包したリポソームが血液から容易に除去されないようにして、薬物の血液内維持時間(circulatory half−life)を増加させたステルスリポソーム(stealth liposome)が開発されていて、この方法で抗癌剤であるドキソルビシン(doxorubicin)を伝達するドキシル(DOXIL)が商用化された。しかし、リポソームとステルスリポソームは、特定の細胞を認識する能力がないため、特定の細胞や特定の組織に薬物を伝達する目的には使用できない。特定の標的に結合できるように、単一標的抗体などを接合したリポソームも開発されているが、まだ臨床試験を通過して商用化されたものはない。
したがって、人工的に合成した脂質よりなるリポソームの代わりに、自然的な細胞膜を利用した伝達システムが開発されている。細胞に由来する伝達システムは、細胞の自然的ターゲッティング(targeting)システムをそのまま利用するので、従来のリポソームなどの伝達システムとは異なって、容易にターゲッティングを誘導できる。代表的な例として、細胞で自然的に分泌される細胞外小胞(extracellular vesicles)を利用して薬物を伝達する研究が進行中にある。また、哺乳類の有核細胞で人工的に製造されたナノ小胞(microvesicle)を利用して抗癌薬物など多様な薬物をローディングし、癌組織に伝達した研究が報告された。
しかし、前記細胞外小胞及び細胞で人工的に製造されたナノ小胞は、ターゲッティングに必要な物質以外に、遺伝物質(DNA及びRNA)だけでなく、ターゲッティングに不要な細胞内タンパク質(cytosolic proteins)など細胞内物質を含んでいる。ターゲッティングに不要な物質は、薬物ローディングの効率性を低下させるか、体内に投与される場合、副作用を誘導できる潜在的能力を持っていて、管内物質を除去したシステム開発が必須である。
本発明者らは、前述したような従来の問題点を解決するために研究した結果、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理する場合、細胞内遺伝物質及び細胞内タンパク質が除去された脂質膜(cell membrane)のみを抽出でき、抽出された脂質膜を利用してナノ小胞を製造できることを知見し、本発明を完成した。
これより、本発明は、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内成分が除去された細胞の脂質膜に由来し、前記細胞より小さいナノ小胞及びこれを利用した薬物伝達方法を提供することに目的がある。
また、本発明は、疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法を提供することを目的とする。
しかし、本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されない他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解され得る。
本発明の前記目的を達成するために、本発明は、細胞内成分が除去された細胞の脂質膜に由来し、前記細胞より小さいナノ小胞であって、細胞内成分は、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理して除去されたナノ小胞を提供する。
本発明の一具現例において、前記アルカリ溶液は、炭酸ナトリウム(NaCO)、水酸化ナトリウム(NaOH)、アンモニア(NH)、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化カリウム(KOH)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)、及び水酸化マグネシウム(Mg(OH))よりなる群から選択される一つ以上で製造されるものであることができる。
本発明の他の具現例において、前記細胞は、哺乳類の有核細胞であって、単核球、大食細胞、樹状細胞、及び幹細胞よりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、特異細胞または組織に誘導されるように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、成長因子、サイトカイン、受容体、蛍光タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞の膜は、前記細胞の細胞膜以外の成分をさらに含むことができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞膜以外の成分は、シクロデキストリンまたはポリエチレングリコールであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞は、膜成分が化学的に変形されたものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞は、その起源になる細胞の細胞膜タンパク質のトポロジーが維持されることを特徴とする。
また、本発明は、前記ナノ小胞に疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)されたものを含む、物質伝達用薬剤学的組成物を提供する。
本発明の一具現例において、前記治療用または診断用物質は、外部から注入されたものであることができる。
本発明の他の具現例において、前記治療用または診断用物質は、抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、及びナノ粒子よりなる群から選択される一つ以上のものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記核酸は、DNA、RNA、アプタマー(aptamer)、LNA(locked nucleic acid)、PNA(peptide nucleic acid)、及びモルフォリノ(morpholino)よりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ粒子は、酸化鉄、金、炭素ナノチューブ、及び磁気ビーズよりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記治療用または診断用物質は、蛍光を放出する物質であることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記蛍光を放出する物質は、蛍光タンパク質または量子点であることができる。
また、本発明は、下記段階を含む、疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法を提供する。
(a)細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、
(b)前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液に治療用または診断用物質を追加する段階と、
(c)前記治療用または診断用物質が追加された懸濁液を、超音波分解方法を用いてナノ小胞を製造する段階と、
(d)前記懸濁液から製造されたナノ小胞を分離する段階。
また、本発明は、下記段階を含む、疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法を提供する。
(a)細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、
(b)前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液を、超音波分解方法を用いてナノ小胞を製造する段階と、
(c)前記ナノ小胞を含む懸濁液に治療用または診断用物質を添加し、培養する段階と、
(d)前記懸濁液から培養されたナノ小胞を分離する段階。
本発明の一具現例において、前記超音波分解方法を用いて製造されたナノ小胞に押出段階をさらに含むことを特徴とする。
本発明の他の具現例において、前記アルカリ溶液は、炭酸ナトリウム(NaCO)、水酸化ナトリウム(NaOH)、アンモニア(NH)、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化カリウム(KOH)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)、及び水酸化マグネシウム(Mg(OH))よりなる群から選択される一つ以上で製造されたものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、哺乳類の有核細胞であって、単核球、大食細胞、樹状細胞、及び幹細胞よりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、特異細胞または組織に誘導されるように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞は、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞が、成長因子、サイトカイン、受容体、蛍光タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞の膜は、前記細胞の細胞膜以外の成分をさらに含むことができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記細胞膜以外の成分は、シクロデキストリンまたはポリエチレングリコールであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞は、膜成分が化学的に変形されたものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ小胞は、その起源になる細胞の細胞膜タンパク質のトポロジーが維持されることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例において、前記治療用または診断用物質は、前記細胞以外の外部で注入されたものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記治療用または診断用物質は、抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、及びナノ粒子よりなる群から選択される一つ以上であることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記核酸は、DNA、RNA、アプタマー(aptamer)、LNA(locked nucleic acid)、PNA(peptide nucleic acid)、及びモルフォリノ(morpholino)よりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記ナノ粒子は、酸化鉄、金、炭素ナノチューブ、及び磁気ビーズよりなる群から選択されるものであることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記治療用または診断用物質は、蛍光を放出する物質であることができる。
本発明のさらに他の具現例において、前記蛍光を放出する物質は、蛍光タンパク質または量子点であることができる。
また、本発明は、前記ナノ小胞に疾病の診断に必要なプライマー(primer)、プローブ(probe)、アンチセンス核酸(antisense nucleic acid)、または抗体(antibody)がローディング(loading)されたものを含む、疾病診断用組成物を提供する。
また、本発明は、前記組成物を含む、疾病診断用キットを提供する。
また、本発明は、前記ナノ小胞を使用して治療用または診断用物質を特異細胞または組織に伝達する段階を含む、物質伝達方法を提供する。
また、本発明は、前記ナノ小胞を使用して治療用または診断用物質を特異細胞または組織に伝達する段階を含む、疾病の治療または診断方法を提供する。
また、本発明は、前記ナノ小胞の疾病治療または診断用途を提供する。
本発明による細胞脂質膜由来ナノ小胞は、治療用または診断用物質の伝達に不要な細胞内物質(遺伝物質及び細胞内タンパク質)が除去され、潜在的副作用を無くすことができ、細胞または組織ターゲッティングが可能であるため、目標とする細胞または組織に主に治療用または診断用物質を伝達し、他の部位への治療用または診断用物質の伝達を抑制することによって、薬物など治療用物質の副作用を低減し、疾病治療過程で患者の苦痛と不便を減少させることができ、治療効果を増大させることができる。また、疾病治療用または診断用物質がローディングされた本発明の細胞脂質膜由来ナノ小胞及びその製造方法は、in vitroまたはin vivoで治療または診断用、または実験用に使用され得る。
図1は、哺乳類の有核細胞または形質転換された哺乳類の有核細胞でナノ小胞と標的誘導物質、治療用物質、診断用物質など多様な物質がローディングされたナノ小胞を製造する方法に対する模式図である。 図2aは、アルカリ溶液処理法、超音波分解法、及び密度勾配法で製造した哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞の透過電子顕微鏡写真である。 図2bは、アルカリ溶液処理法、超音波分解法、及び密度勾配法で製造した哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞のサイズを示すグラフである。 図3は、形質転換された哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞のサイズを示すグラフである。 図4は、有核細胞由来ナノ小胞内に細胞質タンパク質と核タンパク質がなく、膜タンパク質が多く存在することを示すWestern blotting結果である。 図5は、リアルタイムRT−PCR及びRT−PCRを通じて哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞内にDNAとRNAが存在しないことを確認した結果である。 図6は、トリプシン(trypsin)処理時、哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞のICAM1と内部にローディングされたEGFPタンパク質の発現可否の確認を通じて哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞トポロジー(topology)が正常であることを示す結果である。 図7は、哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞の二重膜にコレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチンが結合されたことを示す結果である。 図8は、蛍光顕微鏡の観察を通じて哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞にFITC−siRNAがローディングされたことを示す結果である。 図9は、蛍光顕微鏡の観察を通じて哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞にQdot705がローディングされたことを示す結果である。 図10は、オプティプレップ溶液を利用した密度勾配法を用いて哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞に酸化鉄(iron oxide)ナノ粒子がローディングされたことを示す写真である。 図11は、哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞を利用してTNF−α処理によってドキソルビシンを標的細胞特異的に伝達することによって、細胞死滅を誘導することを示す結果である。 図12は、哺乳類の有核細胞由来ナノ小胞を利用してTNF−α処理によってRNaseA(Ribonuclease A)を標的細胞特異的に伝達することによって、細胞死滅を誘導することを示す結果である。 図13は、形質転換有核細胞由来ナノ小胞を利用してドキソルビシンまたはRNaseAを細胞に特異的に伝達することによって、細胞死滅を誘導することを示す結果である。 図14は、形質転換有核細胞由来ナノ小胞を利用してドキソルビシンをヒト肺癌細胞に特異的に伝達することによって、細胞死滅を誘導することを示す結果である。
本発明は、細胞内成分が除去された細胞の脂質膜に由来し、前記細胞より小さいナノ小胞であって、細胞内成分は、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理して除去されたものであるナノ小胞を提供する。
本発明の前記ナノ小胞は、起源になる細胞の細胞膜成分よりなる脂質二重膜により内部と外部が区分され、細胞の細胞膜脂質と細胞膜タンパク質を含み、同一のトポロジー(topology)を有するが、核酸などの遺伝物質及び細胞内タンパク質など細胞内物質が除去されており、元々の細胞よりサイズが小さいことを意味するが、これに制限されるものではない。
本発明の前記アルカリ溶液は、炭酸ナトリウム(NaCO)、水酸化ナトリウム(NaOH)、アンモニア(NH)、水酸化カルシウム(Ca(OH))、水酸化カリウム(KOH)、炭酸水素ナトリウム(NaHCO)、及び水酸化マグネシウム(Mg(OH))よりなる群から選択される一つ以上で製造されるものであることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の前記細胞は、哺乳類の有核細胞であって、単核球、大食細胞、樹状細胞、及び幹細胞よりなる群から選択されるものであることができ、また、幹細胞から分化した細胞よりなる群から選択されるものであることができ、特異細胞または組織で誘導される形質転換された細胞を含む。具体的に、前記形質転換された細胞は、治療、診断、標的誘導物質、または標的細胞との細胞膜融合に必要な物質を発現するように形質転換された細胞及びこれらの2個以上の組合よりなる形質転換された細胞を含むが、これに制限されるものではない。
前記哺乳類の有核細胞は、物質処理または遺伝子導入により形質転換されたものであることができ、2回以上形質転換されたものであることができ、一つ以上の特定タンパク質の発現を抑制するように形質転換されたものであることができる。
本発明において使用される用語「形質転換」は、細胞に刺激を与えて、タンパク質など物質発現を増加または抑制など変化させる方法と遺伝子導入を通じてタンパク質の発現を変化させる方法であって、当業界において通常利用される方法を使用できる。遺伝子導入を用いた特定タンパク質の発現を増加または抑制させる方法としては、RNAi(RNA interference)、ウイルス媒介、リン酸カルシウム沈殿法(calcium phosphate precipitation)、リポソーム(liposome)、電気穿孔法(electroporation)、微量注射法(microinjection)、超音波誘導(ultrasound mediated)などを含んで一般的に知られたすべての方法を利用できる。
本発明の前記細胞は、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換されたものであることができ、また、成長因子、サイトカイン、受容体、蛍光タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の前記ナノ小胞膜は、起源になる細胞の細胞膜以外の成分として、標的誘導物質(targeting molecule)、標的細胞との細胞膜融合に必要な物質(fusogen)、シクロデキストリン、またはポリエチレングリコールなどを含むことができ、前記細胞膜以外の成分は、多様な方法によって追加され得、細胞膜の化学的変形などを含むことができる。
また、本発明は、前記ナノ小胞に疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)されたものを含む物質伝達用薬剤学的組成物を提供する。
本発明において前記ナノ小胞のサイズは、診断用または治療用物質が必要な組織によって多様なサイズに製造され得、好ましくは、10nm以上10μM以下であることができる。
本発明のナノ小胞にローディングされる物質は、特に制限されず、治療用または診断用物質であることができ、細胞外部で用意した物質をローディングすることができ、ローディングされる物質は、1個または2個以上であることができる。
前記診断用または治療用物質は、抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、及びナノ粒子よりなる群から選択される一つ以上であることができるが、これに制限されるものではない。
前記核酸は、DNA、RNA、アプタマー(aptamer)、LNA(locked nucleic acid)、PNA(peptide nucleic acid)、及びモルフォリノ(morpholino)よりなる群から選択されるものであることができ、前記ナノ粒子は、酸化鉄、金、炭素ナノチューブ、及び磁気ビーズよりなる群から選択されるものであることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の前記診断用または治療用物質は蛍光を放出する物質であることができ、好ましくは、蛍光タンパク質または量子点であることができるが、これに制限されるものではない。
本発明の前記薬剤学的組成物は、前記抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子またはナノ粒子のうち1種以上の有効成分以外に、薬剤学的に許容可能な担体、すなわち食塩水、滅菌水、リンゲル液、緩衝食塩水、シクロデキストリン、デキストロース溶液、マルトデキストリン溶液、グリセロール、エタノール、リポソーム及びこれら成分のうち1種以上を混合して使用し得、必要に応じて、抗酸化剤、緩衝液など他の通常の添加剤をさらに含むことができる。また、希釈剤、分散剤、界面活性剤、結合剤、または潤滑剤を付加的に添加し、水溶液、懸濁液、乳濁液などのような注射用剤形、丸剤、カプセル、顆粒または錠剤に製剤化することができる。ひいては、当該技術分野においての適正な方法、またはレミングトンの文献(Remington’ s Pharmaceutical Science、Mack Publishing Company、Easton PA)に開示されている方法を利用して各成分によって好適に製剤化することができる。本発明の薬剤学的組成物は、剤形に特別な制限はないが、注射剤または吸入剤に製剤化することが好ましい。
本発明の薬剤学的組成物の投与方法は、特に制限されるものではないが、目的する方法によって静脈内、皮下、腹腔内、吸入または局所適用のように、非経口投与するか、経口投与することができる。投与量は、患者の体重、年齢、性別、健康状態、食餌、投与時間、投与方法、***量及び疾患の重症度などによってその範囲が多様である。一日投与量は、治療を必要とする個体に投与されることによって、軽減された疾病状態に対する治療に十分な本発明の治療用物質の量を意味する。治療用物質の効果的な量は、特定の化合物、疾病状態及びその深刻度、治療を必要とする個体によって変わり、これは、当業者により通常的に決定され得る。非制限的な例として、本発明による組成物の人体に対する投与量は、患者の年齢、体重、性別、投与形態、健康状態及び疾患程度によって変わることができ、体重が70kgの大人患者を基準にするとき、一般的に、0.1〜1000mg/日、好ましくは、1〜500mg/日であり、一定時間間隔で1日1回〜数回に分割投与することもできる。
また、本発明は、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液に治療用または診断用物質を追加する段階と、前記治療用または診断用物質が追加された懸濁液を超音波分解方法を用いてナノ小胞を製造する段階と、前記懸濁液から製造されたナノ小胞を分離する段階とを含む疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法を提供する。
また、本発明は、細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液を、超音波分解方法を用いてナノ小胞を製造する段階と、前記ナノ小胞を含む懸濁液に治療用または診断用物質を添加し、培養する段階と、前記懸濁液から培養されたナノ小胞を分離する段階とを含む疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法を提供する。
本発明の前記超音波分解方法を用いて製造されたナノ小胞に押出段階をさらに含むことができる。
本発明では、前記ナノ小胞の製造方法、すなわちアルカリ溶液処理法、超音波分解法、及び密度勾配方法を利用して単核球細胞であるU937と形質転換細胞であるHEK293、HT1080細胞からナノ小胞を製造した(実施例1参照)。
本発明の一実施例において、単核球と形質転換細胞から製造されたナノ小胞の形態及びサイズを確認した結果、脂質二重層よりなる球形の形態であり、単核球由来ナノ小胞は、100〜200nmであり、平均的に180nmのサイズであり、形質転換細胞由来ナノ小胞のサイズは、70〜150nmであり、平均的に100nmであることを確認した。
また、前記単核球由来ナノ小胞を単核球細胞とともにウェスタンブロッティングを行うことによって、細胞質タンパク質であるベータ−アクチン(β−actin)、核タンパク質であるH2B、細胞膜タンパク質であるGM130、LFA1、ICAM1の発現を確認した結果、ナノ小胞は、細胞質及び核タンパク質を含まず、細胞膜タンパク質のみを発現することを確認した。また、real−time PCRを行うことによって、前記ナノ小胞は、単核球細胞とは異なって、DNAとRNA、すなわち核酸を含まないものと確認され、ナノ小胞のトポロジー(topology)分析結果、ナノ小胞の膜に結合された膜タンパク質が単核球細胞の細胞膜と同様に、細胞外に位置し、同様のポロジーを維持することを確認した(実施例2参照)。
本発明の他の実施例において、前記実施例1の方法によって製造した単核球由来ナノ小胞の製造過程でコレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチンを添加し、ポリエチレングリコールを含むナノ小胞を製造した。その後、前記ナノ小胞にストレプトアビジン(streptavidin)−HRPを入れ、培養した後、BM−POD基質を入れた後、発色量を測定した結果、ポリエチレングリコールを含むナノ小胞にコレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチンが結合されたことを確認した(実施例3参照)。
本発明のさらに他の実施例において、前記実施例1の方法のアルカリ溶液処理法、超音波分解法、密度勾配方法過程のうち超音波分解法段階でFITC−siRNA、Qdot705、または酸化鉄ナノ粒子をローディングし、各々を含むナノ小胞を製造した後、その結果を分析した。蛍光顕微鏡の観察を通じてFITC−siRNAとQdot705がそれぞれのナノ小胞に良好にローディングされたことが分かり、オプティプレップ溶液を利用した密度勾配法を用いて酸化鉄ナノ粒子もナノ小胞にローディングされたことを確認した(実施例4〜6参照)。
本発明のさらに他の実施例では、単核球由来ナノ小胞を利用して細胞水準で薬物伝達及び細胞特異的伝達能を検証した。化学的薬物としてドキソルビシン(doxorubicin)と、タンパク質薬物としてRNaseA(Ribonuclease A)を利用して各薬物をローディングした単核球由来ナノ小胞を製造し、ヒト血管細胞であるHUVEC(Human Umbilical Vein Endothelial Cells)にTNF−αを処理することによって、細胞を活性化させて、細胞膜にICAM−1、VCAM−1、E−selectinなどの細胞接合分子の発現を増加させて、単核球由来ナノ小胞がこれを認識し、特異的に薬物が伝達されるようにした。その結果、TNF−αが処理された場合、前記 ナノ小胞処理濃度に依存的にドキソルビシン及びRNaseA薬物の両方がHUVEC細胞に伝達され、細胞死滅を誘導することを確認した(実施例7参照)。
本発明のさらに他の実施例において、形質転換細胞由来ナノ小胞の薬物伝達を細胞水準で検証した。ICAM1が過発現されたHT1080形質転換細胞においてドキソルビシンまたはRNaseAがローディングされたナノ小胞を製造した後、U937単核球細胞に前記ナノ小胞を濃度別に処理し、24時間培養後、トリパンブルー(trypan blue)溶液で単核球細胞を染色し、細胞死滅程度を測定した。その結果、ナノ小胞により単核球細胞に薬物が伝達され、ドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を処理した場合、5μg/mlから細胞死滅が誘導され、RNaseAの場合、10μg/mlから細胞死滅が誘導された(実施例8参照)。
本発明のさらに他の実施例において、ヒト肺癌細胞株であるA549の細胞膜に発現されたEGFRに結合できるEGFとGE11接合分子を細胞膜に発現する形質転換細胞由来ナノ小胞を製造し、細胞特異的薬物伝達を検証した。ドキソルビシンがローディングされた前記ナノ小胞をA549細胞が接種されたプレートに処理し、培養した後、蛍光顕微鏡で観察した結果、細胞死滅が誘導されたことを確認した。前記結果を通じてEGF及びGE11の細胞膜発現形質転換細胞に由来し、抗癌薬物がローディングされたナノ小胞に存在するGE11及びEGFがEGFRを表面に発現している細胞と特異的に結合でき、ローディングされた抗癌薬物を細胞に伝達し、 細胞死滅を起こすことができることを確認した(実施例9参照)。
また、本発明は、前記ナノ小胞に疾病の診断に必要なプライマー(primer)、プローブ(probe)、アンチセンス核酸(antisense nucleic acid)、または抗体(antibody)がローディング(loading)されたものを含む、疾病診断用組成物を提供する。
また、本発明は、前記組成物を含む、疾病診断用キットを提供する。
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は、本発明をさらに容易に理解するために提供されるものに過ぎず、下記実施例によって本発明の内容が限定されるものではない。
実施例1.アルカリ溶液処理法及び超音波分解法によるナノ小胞(nanovesicle)の製造
哺乳類の有核細胞または形質転換された哺乳類の有核細胞において細胞内成分が除去されたナノ小胞(nanovesicle)を製造するために、単核球または形質転換された細胞からアルカリ溶液処理法、超音波分解法、及び密度勾配方法を利用してナノ小胞を製造し、図1に模式図を示した。
単核球は、8×10個のU937細胞(ATCC No.CRL−1593.2)を使用し、形質転換細胞としては、4×10個のHEK293細胞(ATCC No.CRL−1573)またはHT1080細胞(ATCC No.CCL−121)を使用した。各細胞にアルカリ溶液(200mM NaCO、1×phosphatase inhibitor、pH11.5)8mlを処理し、前記溶液をcycle0.5とamplitute50の条件で超音波発生器で30回超音波分解を行った後、100,000×gで15分間超遠心分離(ultracentrifugation)を行い、ペレット(pellet)を得た。ペレットにさらに前記アルカリ溶液8mlを処理し、懸濁した後、4℃ローター(rotor)で30分間保管した後、100,000×gで15分間超遠心分離(ultracentrifugation)し、ペレットを得た。得られたペレットにHBS(HEPES bufferd saline)溶液10mlを処理し、懸濁した後、もう一度100,000×gで15分間超遠心分離(ultracentrifugation)し、ペレットを得た。前記ペレットをHBS溶液0.4mlに懸濁した後、超音波発生器で30回超音波分解を行った後、さらにウォーターバス超音波発生器(water bath sonicator)で30分間超音波分解を行い、前記溶液にHBS溶液6.6mlを入れ、懸濁した。その後、11ml容量の超遠心分離チューブ(ultracentrifuge tube)にそれぞれ50%オプティプレップ(Optiprep)1ml、10%オプティプレップ2ml、懸濁液7mlを順に収納し、100,000×gで2時間超遠心分離し、50%オプティプレップと10%オプティプレップと間の層でナノ小胞を得た。
実施例2.ナノ小胞の特性分析
2−1.ナノ小胞の形態及びサイズ確認
前記実施例1の方法で製造した単核球及び形質転換細胞由来ナノ小胞の形態及びサイズを分析するために、まず、単核球から製造したナノ小胞を透過電子顕微鏡を用いて観察した。単核球から製造したナノ小胞をグロー放電炭素コーティング銅グリッド(glow−discharged carbon−coated copper grid)で3分間吸着させた。前記グリッドを蒸留水で洗浄し、2%ウラニルアセテート(uranylacetate)で1分間染色(staining)した後、JEM101(Jeol、Japan)電子顕微鏡で観察した。
その結果、図2aに示されたように、単核球からアルカリ溶液処理法で製造したナノ小胞が脂質二重層よりなり、サイズが100〜200nmであり、略球形よりなることが分かった。また、単核球から製造されたナノ小胞を、0.5μg/mlの濃度でHBS1mlに希釈(dilution)した後、ナノ小胞が入っているHBS1mlをチャンバ(chamber)に入れ、ナノ粒子追跡分析機で分析した結果、図2bに示されたように、ナノ小胞のサイズは、100〜200nmであり、平均サイズは、180nmであることを確認した。
また、EGF(epidermal growth factor)及びGE11ペプチド(YHWYGYTPQNVI)を発現するように形質転換された細胞から製造されたナノ小胞を、5μg/mlの濃度でHBS1mlに希釈した後、ナノ小胞が入っているHBS1mlをキュベット(cuvette)に入れ、動的光散乱粒度分析機で分析した。
その結果、図3に示されたように、形質転換細胞から製造されたナノ小胞のサイズは、70〜150nmであり、平均サイズは、100nmであることを確認した。
2−2.単核球由来ナノ小胞の細胞質タンパク質及び核タンパク質有無検証
前記実施例1の方法によって単核球からアルカリ溶液処理法で製造されたナノ小胞内の細胞質タンパク質及び核タンパク質の有無を検証するために、単核球細胞とともにWestern blottingを行った。
前記ナノ小胞と単核球細胞をそれぞれ5μg用意した後、5×ローディング染色剤(loading dye、250mM Tris−HCl、10% SDS、0.5% bromophenol blue、50% glycerol)を最終的に1×になるように入れ、100℃で5分間処理した。12%ポリアクリルアミドゲル(polyacrylamide gel)を用意し、サンプルをローディングした後、80Vで2時間ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。ゲル上のタンパク質が電気的な流れによってPVDF(polyvinylidene fluoride)membraneに移動するように、400mAで2時間トランスファー(transfer)過程を行った。その後、membraneに0.05%TBS−T(Tween−20)にとかした3%脱脂乳(Non−fat milk)溶液を処理し、2時間ブロッキング(blocking)を行った後、membraneにベータ−アクチン(β−actin)、H2B、GM130、LFA1、ICAM1タンパク質に特異的に結合する1次抗体を処理し、常温で2時間反応させた。0.05%TBS−T(Tween−20)でmembraneを3回洗浄した後、それぞれペロキシダーゼ(peroxidase)が付いている2次抗体を処理し、常温で1.5時間反応させた。さらに、0.05%TBS−T(Tween−20)でmembraneを3回洗浄した後、ECL(enhanced chemiluminescence、Amersham Co.No.RPN2106)、WEST−ZOL(iNtRON.No.16024)、またはFemto(Thermo Scientific.No.37074)を使用して各タンパク質の発現を確認した。
その結果、図4に示されたように、単核球(cell)の場合、細胞骨格を成す主な構成要素として細胞質に存在するベータ−アクチン(ACTB)、核内のヒストンの構成タンパク質であるH2Bが発現される一方で、アルカリ溶液処理法で製造したナノ小胞(MNV)の場合には、ベータ−アクチン(ACTB)、H2Bが発現されなかった。また、アルカリ溶液処理法で製造したナノ小胞では、単核球細胞と比べて細胞膜タンパク質であるLFA−1、ICAM1、GM130が多く発現されることを確認した。前記結果を通じて、アルカリ処理法で製造したナノ小胞には、ベータ−アクチン、H2Bのような細胞質由来タンパク質及び核タンパク質が存在せず、LFA−1、ICAM1、GM130のような細胞膜タンパク質を細胞に比べてさらに多く有していることが分かる。
2−3.単核球由来ナノ小胞の核酸有無検証
前記実施例1の方法によって単核球からアルカリ溶液処理法で製造されたナノ小胞の核酸の有無を検証するために、単核球細胞とともにリアルタイムRT−PCR(real−time RT−PCR)とリアルタイムPCR(real−time PCR)を行った。
単核球で製造した100ngのナノ小胞と1×10個の単核球細胞を95℃で10分間培養し、ナノ小胞と細胞を破裂させて、内部に存在するすべての核酸(nucleic acid)が放出されるようにした後、DNA分解酵素(DNase)を処理するか、または処理することなく、GAPDHに対するリアルタイムRT−PCR(real−time RT−PCR)とリアルタイムPCR(real−time PCR)を行った。
その結果、図5に示されたように、単核球で製造したナノ小胞に核酸が存在するか否かを確認するために、DNase処理なしに、GAPDHに対するリアルタイムRT−PCRを行った結果、単核球細胞には核酸が存在する一方で、単核球で製造したナノ小胞には核酸が存在しなかった。RNAが存在するか否かを確認するために、ナノ小胞または単核球細胞を破裂した溶液にDNaseを処理し、DNAを除去した後、DNase抑制剤を通じてDNase活性を阻害した。RNAを鋳型にしてGAPDHに対するリアルタイムRT−PCRを行った結果、単核球細胞にはRNAが存在する一方で、単核球で製造したナノ小胞にはRNAが存在しなかった。DNAが存在するか否かを確認するために、ナノ小胞または単核球細胞を破裂した溶液にDNase処理過程なしに、GAPDHに対するリアルタイムPCRを行った結果、単核球細胞にはDNAが存在する一方で、単核球で製造したナノ小胞にはDNAが存在しなかった。ひいては、ナノ小胞または単核球細胞を破裂した溶液にDNase処理した後、GAPDHに対するリアルタイムPCRを行った結果、単核球細胞でもDNAが存在しないことを通じてDNaseの活性を確認した。これは、単核球細胞にはDNAとRNAが共に存在する一方で、単核球細胞由来ナノ小胞内には、DNAとRNAが共に存在しないことを意味する。
2−4.ナノ小胞のトポロジー(topology)分析
単核球から製造されたナノ小胞のトポロジーを分析するために、前記実施例1の方法のアルカリ溶液処理法、超音波分解法、密度勾配方法過程のうち超音波分解法段階でEGFP(enhanced green fluorescent protein)を添加し、ナノ小胞にローディングした。
より具体的に、前記実施例1に示した単核球であるU937細胞を利用したナノ小胞製造過程中にペレットにHBS(HEPES bufferd saline)溶液10mlを処理して懸濁し、100,000×gで15分間超遠心分離(ultracentrifugation)し、ペレットを得た後、前記ペレットをHBSに懸濁し、次の段階で、EGFPを50μg/ml濃度になるように入れ、最終0.4ml溶液を作った。以後の過程は、実施例1の過程と同様に進行し、EGFPがローディングされた単核球由来ナノ小胞を得た。EGFPがローディングされたナノ小胞10μgとEGFPタンパク質30ngを用意した後、トリプシン(trypsin)1μgを37℃で4時間処理し、トリプシンを処理したものと処理しないサンプルを用意し、前記実施例2−2と同様の方法でWestern blottingを行った。1次抗体は、ICAM1とEGFP特異的抗体を使用し、「+」で表示したものは、トリプシンを処理した結果を示し、「−」で表示したものは、トリプシンを処理しない結果を示す。
その結果、図6に示されたように、トリプシンを処理しない場合、ナノ小胞(MNVEGFP)の場合、ICAM1とEGFPタンパク質が検出され、EGFPの場合にも、EGFPタンパク質が検出された。しかし、トリプシンを処理したとき、EGFPの場合トリプシン処理によって分解されて検出されない一方で、ナノ小胞では、ICAM1の細胞外領域が消えて検出されず、ナノ小胞内にローディングされたEGFPは消えないものと確認された。もし細胞膜が一部でも内外が変わって、一部のICAM1の細胞外領域がナノ小胞の内部に向ける場合、これは、トリプシンにより分解されないため、抗体反応を誘発しなければならない。トリプシンを処理したナノ小胞においては、ICAM1抗体反応が現われないため、存在していたICAM1の細胞外領域は、ナノ小胞の外部に向けていることが分かる。また、ナノ小胞内にローディングされたタンパク質の場合、ナノ小胞の二重膜により保護されていることが分かる。
前記結果からアルカリ溶液処理法で製造したナノ小胞の場合、ICAM1以外の他の細胞膜タンパク質も、同様に元々細胞膜で細胞の外部に向けた部分が、すべてナノ小胞の外部に向けていることを推論することができ、これは、ナノ小胞膜が細胞の細胞膜と同様のトポロジーを維持していることを意味する。
実施例3.ポリエチレングリコールを含むナノ小胞の製造
前記実施例1の方法によって製造した単核球由来ナノ小胞にポリエチレングリコール(polyethylene glycol)をローディングし、ポリエチレングリコールを含むナノ小胞を製造した。
超音波分解法後、HBSを入れて懸濁し、溶液を1μMフィルター(two−stack)に通過させて押出過程を進行した。超遠心分離チューブ(ultracentrifuge tube)にそれぞれ50%オプティプレップ(Optiprep)0.5ml、10%オプティプレップ1ml、懸濁液3mlを順に収納した。その後、100,000×gで2時間超遠心分離(ultracentrifugation)し、50%オプティプレップと10%オプティプレップとの間の層でナノ小胞を得た。その後、5μg/mlの濃度でコレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチン(cholesterol−polyethyleneglycol−biotin)を入れ、室温で1時間保管した。もう一度5ml容量の超遠心分離チューブ(ultracentrifugetube)にそれぞれ50%オプティプレップ0.5ml、10%オプティプレップ1ml、懸濁液3mlを順に収納した後、100,000×gで2時間超遠心分離し、50%オプティプレップと10%オプティプレップとの間の層でポリエチレングリコールを含むナノ小胞を得た。
次に、10μg/mlのポリエチレングリコールを含むナノ小胞を用意し、96ウェルプレートに用意したナノ小胞100μlを入れ、常温で12時間以上保管し、コーティングした。PBSで3回洗浄した後、1%BSA/PBSを100μl入れ、1時間ブロッキング(blocking)し、さらにPBSで3回洗浄した後、ストレプトアビジン(streptavidin)−HRPを入れ、20分間培養した。その後、BM−POD基質を入れた後、発色量を測定した。
その結果、図7に示されたように、発色後、RLU(relative luminescence units)値を測定したとき、ポリエチレングリコールを含むナノ小胞(MNVPEGylation)の場合、コレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチンがナノ小胞に結合(incorporation)され、高いRLU値を示すことが分かる。なお、コレステロール−ポリエチレングリコール−ビオチンを処理しないナノ小胞(MNVcontrol)では、低いRLU値を示すことを確認した。
実施例4.FITC−siRNAを含むナノ小胞の製造
FITC−siRNAを含む単核球由来ナノ小胞を製造するために、前記実施例1の方法のアルカリ溶液処理法、超音波分解法、密度勾配方法過程のうち超音波分解法段階でFITC−siRNAを入れ、ナノ小胞にローディングした。
より具体的に、前記実施例1に示した単核球であるU937細胞を利用したナノ小胞製造過程中にペレットにHBS(HEPES bufferd saline)溶液10mlを処理して懸濁し、100,000×gで15分間超遠心分離し、ペレットを得た後、前記ペレットをHBSに懸濁した後、FITC−siRNAを10μM濃度になるように入れ、最終0.4ml溶液を作った。その後、超音波発生器で30回超音波分解を行い、さらにウォーターバス超音波発生器(water bath sonicator)で30分間超音波分解を行った後、前記溶液にHBS0.6mlを入れ、懸濁した。溶液を1μmフィルター(two−stack)に通過させて押出過程を進行した後、さらにHBS2.0mlを入れ、懸濁した。5ml容量の超遠心分離チューブ(ultracentrifuge tube)にそれぞれ50%オプティプレップ0.5ml、10%オプティプレップ1ml、懸濁液3mlを順に収納した。その後、100,000×gで2時間超遠心分離し、50%オプティプレップと10%オプティプレップとの間の層でFITC−siRNAがローディングされたナノ小胞を得た。
前記方法で製造されたナノ小胞がFITC−siRNAを含むかを検証するために、20μg/mlのFITC−siRNAがローディングされたナノ小胞50μlを用意し、10μM DiI solutionを入れ、懸濁した。溶液をカバーグラスに載置した後、湿気があるチャンバ(chamber)に入れ、4℃で12時間以上保管した。スライドガラスにマウンティング溶液(mounting solution)を5μl載置した後、その上にカバーグラスを載置し、蛍光顕微鏡で観察した。ナノ小胞は、DiI(1、1’ −dioctadecyl−3、3、3’ 3’ −tetramethylindocarbocyanine perchlorate)の赤色蛍光で観察し、siRNAは、FITCの緑色蛍光で観察し、結果を図8に示した。
その結果、図8に示されたように、FITC−siRNAがローディングされないナノ小胞は、DiIで標識され、赤色蛍光を示すが、FITC−siRNAの緑色蛍光は認められないことが分かる。一方、FITC−siRNAがローディングされたナノ小胞は、緑色蛍光だけでなく、DiIの赤色蛍光まで示すことを確認し、緑色蛍光と赤色蛍光が同じ位置にあることを通じて、FITC−siRNAがナノ小胞にローディングされたことを確認した。
実施例5.Qdotがローディングされたナノ小胞の製造
Qdot705がローディングされたナノ小胞を製造するために、前記実施例4のFITC−siRNAがローディングされたナノ小胞製造と同一の方法を利用し、超音波分解法段階でFITC−siRNAの代わりに、Qdot705を20nMになるように入れ、製造した。
前記方法で製造されたナノ小胞がQdot705を含むかを検証するために、20μg/mlのQdot705がローディングされたナノ小胞50μlを用意し、前記実施例4のような方法でサンプルを用意した後、蛍光顕微鏡で観察し、ナノ小胞は、DiIの赤色蛍光で、Qdot705は、青色の人為的な色相(pseudo color)で観察した。
その結果、図9に示されたように、Qdot705がローディングされないナノ小胞は、DiIで標識され、赤色蛍光を示すが、Qdot705の青色蛍光は認められないことが分かる。一方、Qdot705がローディングされたナノ小胞は、青色蛍光だけでなく、DiIの赤色蛍光まで示すことを確認し、青色蛍光と赤色蛍光が同じ位置にあることを通じて、Qdot705がナノ小胞にローディングされたことを確認した。
実施例6.酸化鉄(iron oxide)ナノ粒子がローディングされたナノ小胞の製造
酸化鉄(iron oxide)ナノ粒子がローディングされたナノ小胞を製造するために、前記実施例4のFITC−siRNAがローディングされたナノ小胞製造と同一の方法を利用し、超音波分解法段階でFITC−siRNAの代わりに、酸化鉄ナノ粒子を20μg/mlになるように入れ、製造した。その後、オプティプレップ溶液を利用した密度勾配法で酸化鉄ナノ粒子がローディングされたナノ小胞(MNViron oxide)とローディングされないナノ小胞(MNVcontrol)を比較した。
その結果、図10に示されたように、酸化鉄ナノ粒子がローディングされないナノ小胞の場合、白色のバンドが現われ、酸化鉄ナノ粒子がローディングされたナノ小胞の場合、暗褐色のバンドが現われた。これを通じて、酸化鉄ナノ粒子がナノ小胞にローディングされていることを確認した。
実施例7.単核球由来ナノ小胞を利用したin vitro薬物伝達及び細胞特異的伝達検証
7−1.単核球由来ナノ小胞を利用したin vitro化学薬物伝達及び細胞特異的伝達確認
本発明のナノ小胞がin vitro水準で化学薬物を細胞特異的に伝達するかを検証するために、抗癌剤であるドキソルビシン(doxorubicin)をローディングした単核球由来ナノ小胞を製造した後、蛍光顕微鏡を通じて薬物が細胞特異的に伝達されるかどうかを検証した。
24ウェルプレートを0.1%ゼラチン(gelatin)でコーティングし、ヒト血管細胞であるHUVEC(Human Umbilical Vein Endothelial Cells)を3×10個接種した後、12時間培養した。従来の培地を除去し、10ng/mlのTNF−αを付加した培地を入れた後、16時間培養した。ヒト血管細胞であるHUVECにTNF−αを処理すると、細胞が活性化され、細胞膜にICAM−1、VCAM−1、E−selectinのような細胞接合分子の発現が増加し、単核球及び大食細胞に存在するLFA−1、Mac−1のような細胞接合分子と結合し、単核球及び大食細胞が血管内皮細胞に結合できる。
このために、実施例1の方法によって単核球からドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を製造した。超音波分解法段階で800μg/mlのドキソルビシンを入れ、超音波分解を行い、ドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を製造した。
次に、HUVECに0、1、2、5μg/mlのドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を20分間処理し、新しい培地に交替した後、36時間培養した。その後、HUVECに2μMセルトラッカー(Cell Tracker、Invitrogen.No.C2925)を処理し、1時間培養した後、4%パラホルムアルデヒド(paraformaldehyde)を10分間処理し、細胞を固定した。4%パラホルムアルデヒドを除去し、PBSを入れた後、蛍光顕微鏡で細胞を観察し、細胞の個数を測定した。
その結果、図11に示されたように、TNF−αを処理しないHUVECでも、ある程度細胞数が減少したことから見て、一部非特異的に薬物が伝達されたことを確認した。しかし、TNF−αを多様な濃度で処理した場合、ナノ小胞の処理濃度に依存的に細胞数が顕著に減少したことから見て、HUVECにさらに多いドキソルビシンが伝達されたことが分かった。これを通じて、ナノ小胞を利用して化学薬物を細胞特異的に伝達できることを確認した。
7−2.単核球由来ナノ小胞を利用したin vitroタンパク質薬物伝達及び細胞特異的伝達確認
本発明のナノ小胞がin vitro水準でタンパク質薬物を細胞特異的に伝達するかを検証するために、RNaseA(Ribonuclease A)をローディングした単核球由来ナノ小胞を製造した後、蛍光顕微鏡を通じて薬物が細胞特異的に伝達されるを検証した。
実施例1の方法によって単核球からRNaseAがローディングされたナノ小胞を製造し、超音波分解法段階で800μg/mlのRNaseAを入れて超音波分解を行い、RNaseAがローディングされたナノ小胞を製造した。前記実施例7−1と同一の原理と実験方法でサンプルを用意し、蛍光顕微鏡で細胞を観察した後、細胞の個数を測定した。
その結果、図12に示されたように、RNaseAがローディングされたナノ小胞を様々な濃度で処理したとき、TNF−αを処理しないHUVECにも、一部非特異的に薬物が伝達された。しかし、TNF−αを処理した場合、細胞数が顕著に減少したことから見て、HUVECにさらに多くのRNaseAが伝達されることが分かった。これを通じて、ナノ小胞を利用してタンパク質薬物を細胞特異的に伝達できることが分かる。
実施例8.形質転換細胞由来ナノ小胞を利用したin vitro薬物伝達検証
前記実施例7の単核球由来ナノ小胞のように、形質転換細胞から製造したナノ小胞が細胞特異的に薬物を伝達するかを検証するために、抗癌剤であるドキソルビシンまたはRNaseAがローディングされた単核球由来ナノ小胞を製造した後、これを単核球細胞に処理した後、生きている細胞数を測定した。
ICAM−1が過発現されたHT1080形質転換細胞においてドキソルビシン、RNaseAがローディングされたナノ小胞を実施例1の方法によって製造した。超音波分解法段階でドキソルビシン、RNaseAをそれぞれ800μg/mlずつ入れ、超音波分解を行い、ドキソルビシンまたはRNaseAがローディングされたナノ小胞を製造した。
その後、単核球であるU937細胞を24ウェルプレートに1×10個の細胞を500μlの培地に接種した後、HT1080細胞で得たナノ小胞を0、1、2、5、10μg/mlの濃度でそれぞれ処理し、24時間培養した。24時間後、細胞溶液50μlを96ウェルプレートに入れ、トリパンブルー(trypan blue)溶液50μlを処理した。生きている細胞では、トリパンブルーがさらに細胞外に分泌されるため、トリパンブルーで染色されない。混合した溶液10μlを血球計算器(hemocytometer)に入れ、光学顕微鏡でトリパンブルーがない細胞の個数をカウントした。
その結果、図13に示されたように、ICAM−1が発現される形質転換されたHT1080細胞から得た、薬物がローディングされないナノ小胞と薬物がローディングされたナノ小胞を比較したとき、薬物がローディングされないナノ小胞の場合、高い濃度を処理しても、細胞死滅を誘導しない一方で、ドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を処理した場合、5μg/mlから細胞死滅を誘導し、RNaseAの場合、10μg/mlから細胞死滅が誘導された。
実施例9.GE11及びEGF細胞膜発現形質転換細胞由来ナノ小胞を利用したin vitro薬物伝達及び細胞特異的伝達検証
12ウェルプレートにEGFRを発現するヒト肺癌細胞株A549を5×10の量で接種した後、16時間培養した。A549にあるEGFRは、EGFとGE11のような接合分子と結合できる。
A549細胞が接種されたプレートをPBSで洗浄した後、培地1mlを入れ、0.1、1、10×10particles/mlの濃度で、実施例1の方法によってEGF及びGE11細胞膜発現形質転換細胞から製造されたドキソルビシンがローディングされたナノ小胞を添加して処理した後、20分間培養した。さらにPBSで洗浄した後、培地1mlを入れ、36時間培養した後、PBSで洗浄した後、血清がない培地500μlを入れ、セルトラッカー(Cell Tracker、Invitrogen.No.C2925)を5μMになるように入れた後、30分間培養した。その後、4%パラホルムアルデヒド500μlを入れ、室温で10分間固定した後、蛍光顕微鏡で観察した。
その結果、図14に示されたように、濃度が増加するにつれて、生きている細胞の数が減少することを確認した。結論的に、EGF及びGE11細胞膜発現形質転換細胞に由来し、抗癌薬物がローディングされたナノ小胞に存在するGE11及びEGFがEGFRを表面に発現している細胞と特異的に結合でき、ローディングされた抗癌薬物を細胞に特異的に伝達し、細胞死滅を起こすことができることを確認した。
前述した本発明の説明は、例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須な特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形が可能であることを理解できる。したがって、以上で記述した実施例は、すべての面において例示的なものであり、限定的でないものと理解すべきである。

Claims (22)

  1. 細胞内成分が除去された細胞脂質膜に由来し、前記細胞より小さいナノ小胞であって、前記ナノ小胞は、細胞内成分が除去されて内部が空いていることを特徴とするナノ小胞。
  2. 前記細胞は、特異細胞または組織に誘導されるように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項1に記載のナノ小胞。
  3. 前記細胞は、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項1に記載のナノ小胞。
  4. 前記細胞は、成長因子、サイトカイン、受容体、蛍光タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項1に記載のナノ小胞。
  5. 前記ナノ小胞の膜は、前記細胞の細胞膜以外の成分をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のナノ小胞。
  6. 前記細胞膜以外の成分は、シクロデキストリン、及び、ポリエチレングリコールよりなる群から選択されることを特徴とする請求項5に記載のナノ小胞。
  7. 病治療用または診断用物質がローディング(loading)された請求項1に記載のナノ小胞を含む医薬組成物。
  8. 前記治療用または診断用物質は、抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、ナノ粒子、及び蛍光放出物質よりなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする請求項7に記載の医薬組成物。
  9. 前記核酸は、DNA、RNA、アプタマー(aptamer)、LNA(locked nucleic acid)、PNA(peptide nucleic acid)、及びモルフォリノ(morpholino)よりなる群から選択されることを特徴とする請求項8に記載の医薬組成物。
  10. 前記ナノ粒子は、酸化鉄、金、炭素ナノチューブ、及び磁気ビーズよりなる群から選択されることを特徴とする請求項8に記載の医薬組成物。
  11. 下記段階を含む、疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法:
    (a)細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、
    (b)前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液に治療用または診断用物質を追加する段階と、
    (c)前記治療用または診断用物質が追加された懸濁液を、超音波分解方法を用いてナノ小胞を製造する段階と、
    (d)前記懸濁液から製造されたナノ小胞を分離する段階。
  12. 下記段階を含む、疾病治療用または診断用物質がローディング(loading)された細胞脂質膜由来ナノ小胞の製造方法:
    (a)細胞にpH9〜14のアルカリ溶液を処理し、細胞内物質を除去する段階と、
    (b)前記細胞内物質が除去された細胞脂質膜を含む懸濁液を、超音波分解方法を用い
    てナノ小胞を製造する段階と、
    (c)前記ナノ小胞を含む懸濁液に治療用または診断用物質を添加し、培養する段階と、
    (d)前記懸濁液から培養されたナノ小胞を分離する段階。
  13. 前記超音波分解方法を用いて製造されたナノ小胞に押出段階をさらに含むことを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  14. 前記細胞は、特異細胞または組織に誘導されるように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  15. 前記細胞は、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  16. 前記細胞は、成長因子、サイトカイン、受容体、蛍光タンパク質、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選択される一つ以上を発現するように形質転換された細胞であることを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  17. 前記ナノ小胞の膜は、前記細胞の細胞膜以外の成分をさらに含むことを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  18. 前記細胞膜以外の成分は、シクロデキストリン、及び、ポリエチレングリコールよりなる群から選択されることを特徴とする請求項17に記載の製造方法。
  19. 前記治療用または診断用物質は、抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、ナノ粒子、及び蛍光放出物質よりなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする請求項11または12に記載の製造方法。
  20. 前記核酸は、DNA、RNA、アプタマー(aptamer)、LNA(locked nucleic acid)、PNA(peptide nucleic acid)、及びモルフォリノ(morpholino)よりなる群から選択されることを特徴とする請求項19に記載の製造方法。
  21. 前記ナノ粒子は、酸化鉄、金、炭素ナノチューブ、及び磁気ビーズよりなる群から選択されることを特徴とする請求項19に記載の製造方法。
  22. 病治療用または診断用物質がローディング(loading)された請求項1に記載のナノ小胞を含む、疾病治療用または診断用組成物。
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