JP6784973B2 - 単層カーボンナノチューブ - Google Patents
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Description
このように、単層カーボンナノチューブを利用して、細胞や組織特異的に集積させる技術のさらなる開発が期待されていた。
本発明は、一態様において、
〔1〕アポリポプロテインの存在下、前記アポリポプロテインとの結合を介して、アポリポプロテイン受容体を発現する細胞または組織に特異的に結合する単層カーボンナノチューブであって、生体親和性の側鎖を有するポリマーにより被覆された単層カーボンナノチューブに関する。
また、本発明の単層カーボンナノチューブは、一実施の形態において、
〔2〕上記〔1〕に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記生体親和性の側鎖を有するポリマーが、リン酸エステル、コリン基、ホスホリルコリン基、若しくは、ホスホリルコリン類似基、又は、これらの組み合わせを側鎖に有するポリマーであることを特徴とする。
また、本発明の単層カーボンナノチューブは、一実施の形態において、
〔3〕上記〔1〕または〔2〕に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記生体親和性の側鎖を有するポリマーが、PMB、PLPEG、又は、それらの組み合わせであることを特徴とする。
また、本発明の単層カーボンナノチューブは、一実施の形態において、
〔4〕上記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記アポリポプロテインが、アポリポプロテインB(ApoB)、アポリポプロテインC(ApoC)またはアポリポプロテインE(ApoE)であることを特徴とする。
また、本発明の単層カーボンナノチューブは、一実施の形態において、
〔5〕上記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記細胞または組織が、脂肪組織における毛細血管内皮細胞、または、肝臓における星状細胞であることを特徴とする。
〔6〕上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の単層カーボンナノチューブを含む、アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対する標的化剤に関する。
また、本発明の標的化剤は、
〔7〕アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対するイメージング剤であることを特徴とする。
また、本発明の標的化剤は、
〔8〕アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対するドラッグデリバリー剤であることを特徴とする。
〔9〕アポリポプロテインの存在下、前記アポリポプロテインとの結合を介して、アポリポプロテイン受容体を発現する細胞または組織に特異的に結合する単層カーボンナノチューブを製造する方法であって、
単層カーボンナノチューブを、生体親和性の側鎖を有するポリマーを含む溶液中に溶解させる工程を含む、製造方法に関する。
ここで、「生体親和性の側鎖を有するポリマー」とは、単層カーボンナノチューブの表面に被覆されるポリマーであって、単層カーボンナノチューブに生体親和性を付与するポリマーをいう。このようなポリマーとしては、リン酸エステル、コリン基、ホスホリルコリン基、若しくは、ホスホリルコリン類似基、又は、これらの組み合わせを側鎖に有するポリマーを挙げることができる。より好ましくは、リン脂質極性基であるホスホリルコリン基又はホスホリルコリン類似基を側鎖に有するポリマーである。このようなポリマーは公知であり、特開2004−189652号公報、特開2004−275862号公報、特開2008−297488号公報、国際公開公報2009/044816号パンフレットなどに開示されている。なお、ホスホリルコリン類似基とは、ホスホリルコリン構造の側鎖がさらに他の官能基により置換されたものをいい、例としては、ホスホリルコリン基の窒素に結合するメチル基が、水酸基や他の官能基(例えば、アルキル基、カルボキシ基、メトキシ基、メトキシカルボニル基、カルボニル−メトキシポリエチレングリコール(−CO(OCH2H2)nOCH3)、−CH2CH2NHCO(OCH2CH2)nO(CH2)3NH2など)に置換されているものを挙げることができる。このようなホスホリルコリン類似基を有するポリマーとしては、例えば、市販のPMB、PLPEG(SUNBRIGHT(登録商標)、DSPE-050CNやDSPE-020PA)などを挙げることができる。
なお、PLPEGは、リン脂質とポリエチレングリコールの化合物で、脂質部分SWCNTの表面に吸着することで、PEG基によりSWCNTに親水性が付与される。PLPEGはSWCNT分散剤として既知であり、動物体内でマクロファージによる補足を遅らせることで血中滞留時間が長くなることが知られている。なお、本発明に使用されるPLPEGは、好ましくは、N-(aminopropyl polyethyleneglycol)carbamyl-distearoylphosphatidyl-ethanolamine, sodium salt、N-(Carbonyl-methoxypolyethyleneglycol)-1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine, sodium salt、1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethylene glycol)], ammonium saltなどである。
このように、本発明に使用される「生体親和性の側鎖を有するポリマー」は、好ましい形態において、生体親和性とともに親水性を単層カーボンナノチューブに付与し、生体内における単層カーボンナノチューブの孤立分散性を向上させる効果を付与する。このような孤立分散性の効果は、タンパクの吸着やマクロファージによる貪食を防ぐことができると考えられる。
また、SWCNTの表面被覆にPMBを用いた場合は、PLPEGを用いた場合に比べて、生体内でのSWCNT孤立分散が維持されやすいと推察され、PMBで被覆したSWCNTはアポリポプロテイン受容体を発現する細胞や組織により優先的に蓄積される可能性がある。
このとき、「生体親和性の側鎖を有するポリマー」の重合度は、単層カーボンナノチューブ表面に結合した当該ポリマーにおいて、アポリポプロテインとの結合が阻害されない限り制限されず、例えば、分子量が30000〜100000の範囲のものを用いるとすることができる。
単層カーボンナノチューブと生体親和性の側鎖を有するポリマーとの反応は、例えば、15〜30℃の温度条件下、5分〜1時間行うことができる。
単層カーボンナノチューブは、アポリポプロテインとの結合が可能な範囲で、生体親和性の側鎖を有するポリマーに表面を覆われていればよく、全体が当該ポリマーに覆われている状態がより好ましい。単層カーボンナノチューブと生体親和性の側鎖を有するポリマーとを反応させる際、以下に限定されないが、例えば、1:0.5〜1:2の重量比で反応させることが好ましい。
このように、本発明に親和性の側鎖を有するポリマーで被覆された単層カーボンナノチューブは、アポリポプロテインを吸着する性質を有する。よって、本発明の単層カーボンナノチューブは、一態様において、アポリポプロテイン吸着剤としても使用することが可能である。
ここで、アポリポプロテインとは、コレステロールや中性脂肪を中心にしてリン脂質が殻を形成しているリポタンパクでアポタンパクを有するものをいう。本発明の単層カーボンナノチューブが結合するアポリポプロテインとしては、例えば、ApoE、ApoB(ApoB48、ApoB100)、ApoC(ApoC-I、ApoC-II、ApoC-III)を挙げることができる。
また、アポリポプロテイン受容体とは、アポ蛋白が特異的に結合する受容体である。アポリポプロテイン受容体を発現する細胞や組織としては、脂肪組織の毛細血管内皮細胞、肝星細胞を挙げることができる。より具体的には、肝臓の星状細胞はアポリポプロテインE(ApoE)受容体を発現しており、また、脂肪組織における毛細血管内皮細胞はアポリポプロテインC(ApoC)受容体を発現している。
本発明のアポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対する標的化剤は、例えば、アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織を標的としたイメージング剤(造影剤などを含む)として使用することができ、またアポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織を標的としたドラッグデリバリー剤として使用することができる。
本発明のイメージング剤又はドラッグデリバリーシステム剤は、医療製剤の形態に製剤されて体内へ投与することができる。剤形は限定されず、例えば、注射剤(液剤、乳剤、懸濁剤)として製剤することができる。製剤化にあたっては、本発明のイメージング剤又はドラッグデリバリーシステム剤を溶解した溶液は、殺菌され、かつ、血液と等張であることが好ましい。これらの液剤、乳剤及び懸濁剤の形態に成形する際に用いられる希釈剤としては、公知のものを広く用いられているものを使用することができる。希釈剤としては、例えば、水、エタノール、プロピレングリコール、エトキシ化イソステアリルアルコール、ポリオキシ化イソステアリルアルコール、ポリオキシエチレンソルベタン脂肪酸エステル類等が挙げられる。この場合、等張性の溶液を調製するのに十分な量の食塩、ブドウ糖あるいはグリセリンを製剤中に含有させてもよく、また、本発明のイメージング剤又はドラッグデリバリーシステム剤に含まれる生体親和性の側鎖を有するポリマーにより被覆された単層カーボンナノチューブの構造を変化させない範囲において、公知の溶解補助剤、緩衝剤、無痛化剤等を、更に必要に応じて着色剤、保存剤、香料、風味剤、甘味剤等、及び/又は他の医薬品を含有させることができる。
また、本発明のイメージング剤又はドラッグデリバリーシステム剤の投与量は、当業者であれば、適宜設定して使用することが可能である。
SWCNT(HiPco Raw (NanoIntegirs))100mgをコール酸ナトリウム(SC)(500mg)と超純水(100mL)中で混合させ、超音波破砕器処理にてSWCNTバンドルを個々のSWCNTへ分離させた後、遠心分離を行い、単一分散SWCNTが含まれている上澄みを回収した。この上澄み液をゲルカラムにかけて、半導体型SWCNT、単一構造(9,4)SWCNTを分取した。半導体型SWCNTにおいては、PMB30(MPC unit 30%とBMA units 70%からなるコポリマー(分子量 6.0 x 105)。MPC:2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine。BMA polymers:poly(n-butyl methacrylate)、またはPLPEG(SUNBRIGHT、 DSPE-050PA: N-(aminopropyl polyethyleneglycol)carbamyl-distearoylphosphatidyl-ethanolamine)水溶液に入れ(超純水を使用)、バスタイプの超音波洗浄機を用いて10分攪拌した。その後、限外ろ過(Amicon Ultra 3k(Millipore))によりコール酸ナトリウムを除去すると同時にSWCNTを濃縮し、0.5mg/mL(SWCNT/水)のPMB-SWCNTあるいはPLPEG-SWCNT水分散液を1.5-2mL得た。(9,4)SWCNTは、PLPEG水溶液に入れ、攪拌したのちに、ろ過し、0.17mg/mLのPLPEG-(9,4)SWCNT水分散液を1.5-2mL得た。
本発明者らは、これまでに、PMB-SWCNTやPLPEG-SWCNTなどの特定のポリマーで被覆した単層カーボンナノチューブをマウスの体内へ投与すると、当該単層カーボンナノチューブが熱産生脂肪組織特異的に集積することを見出していた。そこで、本発明者らは、当該単層カーボンナノチューブが脂肪組織の毛細血管内皮細胞に対して特異的親和性を有すると仮定した。脂肪組織毛細血管内皮細胞は、脂肪細胞自体を生成する独特の性質を有することが報告されており、脂肪細胞および脂肪組織毛細血管内皮細胞は共通の特徴を有することが示唆されている。脂肪細胞は、脂質化合物の取り込みおよび回復に特化した細胞である。一方、本発明に使用されるポリマーの一つである両親媒性PMBは、極性ホスホリルコリン基と疎水性ブチル基の両方を側鎖に有しているため、タンパク質吸着や細胞接着を減少させる重要な特性に基づいて高い生体適合性を有する様々な合成材料を付与する。したがって、PMB-CNTのような本発明に係る単層カーボンナノチューブは、血清脂質などの生物起源の脂質化合物のように挙動する脂肪組織毛細血管内皮細胞に蓄積する可能性がある。血清脂質の中でも、CNT(直径=約1nm;長さ= 100〜1000nm)は、カイロミクロンレムナント(chylomicron remnant:CR)(直径= 80nm)および超低密度リポタンパク質(VLDL)(直径= 60nm)に相当する大きさである。そこで、PMB-CNTがアポリポタンパク質B48(ApoB48)、アポリポタンパク質E(ApoE)、およびアポリポタンパク質C-II(ApoC-II)と相互作用できるかどうかを決定するために吸収アッセイを行った。なお、ApoB48はカイロミクロン形成に必要であり、ApoEはCRおよびVLDLとそれらの受容体との相互作用を媒介し、ApoC-IIはリポタンパク質リパーゼ(LPL)の活性化因子である。
Claims (9)
- アポリポプロテインの存在下、前記アポリポプロテインとの結合を介して、アポリポプロテイン受容体を発現する細胞または組織に特異的に結合する単層カーボンナノチューブであって、生体親和性の側鎖を有するポリマーにより被覆された単層カーボンナノチューブ。
- 請求項1に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記生体親和性の側鎖を有するポリマーが、リン酸エステル、コリン基、ホスホリルコリン基、若しくは、ホスホリルコリン類似基、又は、これらの組み合わせを側鎖に有するポリマーであることを特徴とする、単層カーボンナノチューブ。 - 請求項1または2に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記生体親和性の側鎖を有するポリマーが、ポリ(2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)-co-n-ブチルメタクリレート)、リン脂質ポリエチレングリコール、又は、それらの組み合わせであることを特徴とする、単層カーボンナノチューブ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記アポリポプロテインが、アポリポプロテインB(ApoB)、アポリポプロテインC(ApoC)、または、アポリポプロテインE(ApoE)である、単層カーボンナノチューブ。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブであって、
前記細胞または組織が、脂肪組織における毛細血管内皮細胞、または、肝臓における星状細胞である、単層カーボンナノチューブ。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブを含む、アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対する標的化剤。
- アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対するイメージング剤である、請求項6に記載の標的化剤。
- アポリポプロテイン受容体を有する細胞または組織に対するドラッグデリバリー剤である、請求項6に記載の標的化剤。
- アポリポプロテインの存在下、前記アポリポプロテインとの結合を介して、アポリポプロテイン受容体を発現する細胞または組織に特異的に結合する単層カーボンナノチューブを製造する方法であって、
孤立分散している単層カーボンナノチューブと、生体親和性の側鎖を有するポリマーとを溶液中で反応させる工程を含む、製造方法。
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