JPWO2016167333A1 - ポリ(l−アルギニン)セグメント含有ブロック共重合体とポリアニオン性ポリマーのポリイオンコンプレックス - Google Patents

ポリ(l−アルギニン)セグメント含有ブロック共重合体とポリアニオン性ポリマーのポリイオンコンプレックス Download PDF

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Abstract

【課題】腫瘍内誘導型NO合成酵素(iNOS)に対する効果的なアルギニン基質となり得る組成物の提供【解決手段】PEG−b−ポリ(L−Arg)またはポリ(L−Arg)−b−PEG−b−ポリ(L−Arg)とポリアニオン性ポリマーのポリイオンコンプレックス(PIC)及びその使用。

Description

本発明は、ポリ(エチレングリコール)−b−ポリ(L−アルギニン)またはポリ(L−アルギニン)−b−ポリ(エチレングリコール)−b−ポリ(L−アルギニン)とポリアニオン性ポリマーを含んでなるポリイオンコンプレックス(PIC)、このようなPICの用途、例えば、その腫瘍組織内マクロファージの活性化に向けた使用、並びに前記ブロック共重合体及びその製造方法に関する。
腫瘍組織にはガン細胞のみならず多くの免疫細胞が存在する。腫瘍組織形成初期段階では免疫細胞による抗ガン活性によって腫瘍組織の成長は妨げられガン細胞は体内から除去される。しかしながら、このような免疫細胞による抗ガン活性が弱められると腫瘍組織は成長を続け、腫瘍組織の転移まで生じる場合もある。ガン細胞を死滅させるためにこの腫瘍組織に存在する免疫細胞を活性化させる治療法をガン免疫療法と言い、近年注目を集めている。従来のがん免疫療法では、インターロイキン−2(IL−2)の過剰投与による細胞傷害性T細胞やナチュラルキラー細胞が活性化されてきたが、IL−2は腫瘍組織へ特異的に取り込まれる機構を持たず、現状では過剰量を全身投与しているため、重篤な毒性が確認されている。また、ガン細胞が腫瘍増殖因子またはトランスフォーミング増殖因子(TGF−β)というサイトカインを分泌し始めた腫瘍環境では免疫細胞の活性化は限られてしまうことも解決しなければならない課題である。
本発明者等は上記課題を解決すべく、活性化させるべき免疫細胞としてマクロファージに注目した。マクロファージは腫瘍組織内に非常に多く浸潤しており、一酸化窒素(Nitric oxide,NO)を産生することでガン細胞のアポトーシス(プログラム死)を誘導している。活性化したマクロファージは細胞内では、誘導型NO合成酵素(iNOS)を発現しており、L−アルギニンを基質とすることでNOを産生する。この酵素反応はL−アルギニン濃度を律速段階としており、腫瘍内アルギニン濃度が増加するほどNO産生速度が増加するため、腫瘍組織に効率的にL−アルギニンをデリバリーすることでマクロファージの抗ガン活性を高めることが期待できる。
このような背景の下、効率的にL−アルギニンを腫瘍組織に伝達するためにドラッグデリバリーシステム(DDS)の技術を用いてL−アルギニンをデリバリーする方法を検討した。
その結果、生分解性ポリ(エチレングリコール)−b−ポリ(L−アルギニン)〔PEG−b−P(L−Arg)またはPEG−PArgと略記する場合あり〕を新規に合成し、これとポリアニオン性ポリマーとの静電相互作用によって作製したコアシェル型ポリイオンコンプレックスミセル(Polyion Complex Micelle,PIC/m)のナノ粒子が、効率的に腫瘍組織に集積するとともに、該共重合体はL−アルギニンをポリ(L−Arg)セグメントの重合単位として有し、かつ、該共重合体がポリアニオン性ポリマーとPICミセルを形成しているにもかかわらず、遊離L−アルギニンと同様にiNOSの基質となり得、しかも、腫瘍を担持する実験哺乳動物における腫瘍体積を有意に低減することを見いだした。また、ポリ(L−アルギニン)−b−ポリ(エチレングリコール)−b−ポリ(L−アルギニン)〔P(L−Arg)−b−PEG−b−P(L−Arg)またはPArg−PEG−PArgと略記する場合あり〕のトリブロック共重合体も前記ジブロック共重合体と同様に作用することも見いだした。
他方、従来技術文献、WO2008/104694には概括的にPEG−b−P(L−Arg)を包含し得るグラフト化アミノ酸ポリマーが記載されており、特開2006−56864には概括的にPEG−b−P(L−Arg)を包含し得る共重合体が記載されているともいえるかも知れない。しかし、具体的には(または特定の化学構造式で特定された)PEG−b−P(L−Arg)は記載されておらず、また、かようなポリマーをどのようにして効率よく製造することができるかについてのみならず、かようなポリマーとポリアニオン性ポリマーを含んでなる組成物、さらには、かようなポリマーとポリアニオン性ポリマーポリイオンコンプレックス(PIC)が水性媒体中で安定なミセルまたは高分子ミセルを形成し得ることについては何ら記載も示唆もされていないし、マクロファージの存在下で産生されるiNOSの基質となり得るL−Argを提供できることは示唆すらされていない。一方、本発明を構成する系とは異なる、ポリアニオン性アミノ酸(PEG−b−PAsp)とポリカチオン性アミノ酸(PEG−b−PLys)のPICがミセルを形成することは知られている(例えば、Harada et al., Macromolecules, 28, 5294−99(1995)参照)。
また、ポリアルギニンに関し、従来合成されていたポリ(アルギニン)セグメントを含むブロック共重合体は、ジグアニジンなどの副産物を含んでいたり、定量的なグアニジノ基置換が出来ていなかった(Michael S.Bernatowicz,et al.,Journal of Organic Chemistry,57,2497‐2502,(1992)参照。)。また、ポリ(アルギニン)側鎖がZ保護基を有するブロック共重合体が報告されているが、Z保護基を外す条件が厳しく、ミリグラムスケールでは行えているものの、グラムスケールで脱保護しようとするとペプチド主鎖が開裂してしまうものであった(ERIC P.HOLOWKA,et al.,Nature materials,6,52‐57,2007))。さらに、これらの製造方法は側鎖に完全なグアニジノ基ではないものを含むために、また、分子量分布が広くあまり制御されていないために、ペプチド結合分解後のL−アルギニンモノマーがiNOSの基質として作用しなかったり、安定なPICミセルが形成できないといった懸念があった。くわえて、従来のPICミセルの生理条件下における安定性は低く、血中の塩濃度、ポリアニオン、ウシ胎児血清(FBS)によって粒子が崩壊してしまうことが挙げられる。さらに、従来のPICミセルはタンパクや核酸を腫瘍組織にデリバリーすることを目的とした設計であったため、ナノ粒子それ自体の抗ガン活性などは確認されていなかった。
このような従来技術に随伴する問題点に関し、本発明によると、特定の製造方法で製造されるPEG−b−P(L−Arg)またはP(L−Arg)−b−PEG−b−P(L−Arg)は、分子量分布が狭く、かつ、水性媒体中で該ブロック共重合体とポリアニオン性ポリマーから形成されるPICミセルのナノ粒子は平均径が、例えば、腫瘍組織への取り込みに適する安定なナノメートル(nm)サイズであることも見いだした。
したがって、前述の課題を解決する手段として、限定されるものでないが、以下の本発明の各種態様が提供される。
(1) ポリカチオン性ポリマーとポリアニオン性ポリマーを含んでなるポリイオンコンプレックス(PIC)であって、
ポリカチオン性ポリマーが、式(I)
Figure 2016167333
式中、
Aは、
(i)水素、非置換または置換C1−C12アルキル基を表し、置換されている場合の置換基は、ホルミル基、式R12CH−(ここで、R1及びR2は独立して、C1−C4アルコキシまたはR1とR2は一緒になって−OCH2CH2O−、−O(CH23O−もしくは−O(CH24O−を表す。)の基を表すか、或は
(ii)式
Figure 2016167333
を表し、
L及びL’は独立して、連結基を表し
Y及びY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
m及びm’は独立して、5〜300の整数であり、
nは5〜1,000の整数であり、
式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
で示される共重合体であり、
ポリアニオン性ポリマーはポリアニオン性多糖、ポリアニオン性ポリペプチド、ポリ(アクリル酸)及びポリ(メタアクリル酸)からなる群より選ばれ、かつ、
前記PICは水に溶解または分散させたとき、平均粒径がナノメートル(nm)オーダーのPICミセルの形態にある、
前記ポリイオンコンプレックス。
(2) 態様(1)に記載のポリイオンコンプレックスであって、Aが(i)で定義される、ポリイオンコンプレックス。
(3) 態様(1)に記載のポリイオンコンプレックスであって、Aが(ii)で定義される、ポリイオンコンプレックス。
(4) 態様(1)〜(3)のいずれか1に記載のポリイオンコンプレックスを有効成分として含む、哺乳動物組織における活性化された細胞に由来する誘導型NOシンターゼの基質L−Argを提供するための組成物。
(5) 哺乳動物組織における活性化された細胞が腫瘍組織内または近傍のマクロファージである、態様(4)に記載の組成物。
(6) 哺乳動物組織における活性化された細胞が心臓筋肉内の炎症に伴い活性化されたマクロファージである、態様(4)に記載の組成物。
(7) 態様(1)〜(3)のいずれか1に記載のポリイオンコンプレックスを有効成分として含む、哺乳動物組織における腫瘍を予防または治療するための組成物。
(7’) 投与を必要とする哺乳動物に、態様(1)〜(3)のいずれか1、好ましくは(2)に記載のポリイオンコンプレックスの抗腫瘍有効量を投与することを含んでなる、哺乳動物の腫瘍の予防または治療方法。
(8) 式(I)
Figure 2016167333
式中、
Aは、
(i)水素、非置換または置換C1−C12アルキル基を表し、置換されている場合の置換基は、ホルミル基、式R12CH−(ここで、R1及びR2は独立して、C1−C4アルコキシまたはR1とR2は一緒になって−OCH2CH2O−、−O(CH23O−もしくは−O(CH24O−を表す。)の基を表すか、或は
(ii)式
Figure 2016167333
を表し、
LおよびL’は独立して、連結基を表し
YおよびY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
mおよびm’は独立して、5〜300の整数であり、
nは5〜1,000の整数であり、
式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
で示されるブロック共重合体の製造方法であって、
式(II)
Figure 2016167333
式中、
Aは、
(i)’上記式(I)の(i)について定義するとおりであるか、或いは、
(ii)’式
Figure 2016167333
を表し、
L、L’、Y、Y’、n、m、m’は上記式(I)について定義するとおりである、
で示されるブロック共重合体にN,N’−ビス(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラゾール−1−カルボキサミジンを、必要により反応非活性溶媒中で反応させてオルニチンに由来するセグメント中のδ−アミノ基をグアニジノ化する工程を含んでなる、方法。
(9) 態様(8)に記載のブロック共重合体の製造方法であって、式(II)のAが(i)’で定義される、方法。
(10) 態様(8)に記載のブロック共重合体の製造方法であって、式(II)のAが(ii)で定義される、方法。
(11) 式(III)
Figure 2016167333
式中、
LおよびL’は独立して、連結基を表し
YおよびY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
mおよびm’は独立して、5〜300の整数であり、
nは5〜1,000の整数であり、
式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
で示されるブロック共重合体。
本発明に従うPICミセル、特に、式(I)で表され、Aが(i)で定義されるジブロック共重合体と、好ましくはポリアニオン性多糖、より好ましくはコンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、最も好ましくはコンドロイチン硫酸のPICミセル、血液中で単分散かつ安定なPICミセルとして存在することができる。このようなPICミセルは腫瘍内マクロファージに取り込まれることで有意にNOを産生することから抗ガン剤や抗ガン作用を有するタンパク、核酸等を担持していなくてもナノ粒子それ自体が抗ガンまたは抗腫瘍活性を示すため、単独で、または他の抗ガン剤と組み合わせてガン療法で用いることのできる有望な一候補物質である。
L−Orn(Z)−NCAの1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Orn(Z))のサイズ分画クロマトグラム(SEC)である。 PEG−b−P(L−Orn(Z))の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Orn)の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Orn)の13C−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Arg(Boc2))の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Arg)のサイズ分画クロマトグラム(SEC)である。 PEG−b−P(L−Arg)(重合度m=30)の1H−NMRスペクトル PEG−b−P(L−Arg)の13C−NMRスペクトルグラムである。 グアニジノ化の反応時間による置換率の変化を示すグラフである。 PEG−b−P(L−Arg)(重合度m=62)の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(D−Arg)の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Lys−Gua)の1H−NMRスペクトルグラムである。 PEG−b−P(L−Arg)とコンドロイチン硫酸CからなるPICミセルのDLS評価結果を示すグラフである。 バッファ中でのポリアルギニンとiNOS酵素の反応によるNO産生評価の結果を示すグラフである。 RAW264.7マクロファージからのNO産生量評価の結果を示すグラフである(* p < 0.05,n=3)。 L−PArg−CS/m静脈投与に対する担がんマウスの相対的体重変化を示すグラフである(n=4)。 L−PArg−CS/m静脈投与に対する担がんマウスの腫瘍体積変化を示すグラフである(* p < 0.05,** p < 0.01,n=4)。 POrn(Z)−b−PEG−b−POrn(Z)及びPOrn−b−PEG−b−POrnの1H−NMRスペクトルグラムである。 PArg(Boc2)−b−PEG−b−PArg(Boc2)及びPArg−b−PEG−b−PArgの1H−NMRスペクトルグラムである。 PIC(PMNT−b−PEG−b−PMNT+PAAcまたはPMNT−b−PEG−b−PMNT/PArg−b−PEG−b−PArg+PAAc)のゲル化挙動を表す図に代わる写真である。 PEG−b−PArg/CSおよびPArg−b−PEG−b−PArg/CSのHUVECにおけるチューブ形成挙動を表す図に代わる写真である。 心筋梗塞(MI)後4週目の心エコーグラフおよび左室駆出率(LVEF)測定結果を表すグラフである。 MI後4週目のマッソン トリクローム(Masson torichrome)染色による心臓組織の組織学的評価結果を表す図に代わる写真である。
発明の詳細な記述
本明細書で用いる技術用語は、別に定義しない限り、当該技術分野で常用されている意味内容を表すものとして使用している。
<PIC>
本発明のPICは、ポリカチオン性ポリマーとしての式(I)のブロック共重合体(PEG−b−P(L−Arg)またはP(L−Arg)−b−PEG−b−P(L−Arg))とポリアニオン性ポリマーを含んでなるが、好ましくは、該共重合体と該ポリアニオン性ポリマー、から本質的になる(consisting essentially of)か、或いは、からなる(consisting of)ものである。
<PICミセル>
さらに、式(I)のブロック共重合体(PEG−b−P(L−Arg)またはP(L−Arg)−b−PEG−b−P(L−Arg))−とポリアニオン性ポリマーのPICは、水性媒体中で形成され、該共重合体中のポリ(L−アルギニン)(P(L−Arg)とも記載する。)セグメントとポリアニオン性ポリマー間の静電相互作用を介してPIC部を形成することにより、該PIC部をコアとし、一方、該共重合体のポリ(エチレングリコール)部をシェルとするナノサイズのポリマーミセルを形成するものと理解されている(例えば、実施例9の「ポリイオンコンプレックスミセルの調製」における、PICミセル水溶液についてDLSの測定を行った結果を参照。)。ここで、水性媒体は、純水もしくはイオン交換水、またはそれらの緩衝化溶液、水溶性有機溶媒(例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等)含有水溶液等であることができる。
式(I)、(II)、(III)における、連結基Lおよび/またはL’は、前記ポリイオンコンプレックスミセルの形成に悪影響を及ぼさない限り限定されない有機二価の基であることができるが、一般的に、−O−(CH2a−NH−、−O−(CH2a−O−、−(CH2a−NH−、もしくは−(CH2a−O−を表し、好ましくは−O−(CH2aNH−、−(CH2a−NH−(ここで、aは1〜6、好ましくは、1〜3の整数である。)を表し、これらの連結基の結合の方向性は、Lについては各式の構造式中の各部分の順方向性を有する。例えば、−O−(CH2aNH−を例に挙げると、−O−(CH2)部側の結合子が式(I)のメチレンに共有結合し、NH−部がカルボニル基に共有結合する。これに対し、L’の方向性は、Lの逆の方向性を有する。
Yは、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表す。
上記各基もしくは各基の部分としてのアルキルは、直鎖もしくは分岐鎖であることができ、限定されるものでないが、メチル、エチル、プロピル、iso−プロピル、ブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ぺンチル、ヘキシル、ヘプチル、ノニル、ウンデシル、トリデシル、ヘプタデシル、ノナデシル等の中の該当するものを挙げることができる。好ましいものはC1-6アルキルから選ばれる。C3-7シクロアルキルは、シクロプロピル、シクロブチル、シクロぺンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルであることができる。アリールはフェニル、ナフチルであることができる。5もしくは6員ヘテロアリールは、酸素、窒素及び硫黄原子から選ばれる同一もしくは異なるヘテロ原子を1もしくは2個含む不飽和複素環式基であり、チエニル、フリル、ピラニル、ピロリル、イソキサゾール、ピラゾリル、イミダゾリル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニルであることができ、また、これらの複素環式環はベンゾ縮合していてもよい。かような縮合環としては、例えば、イソインドリル、インドリル、キノリル、イソキノリル、キノキサリニル、キナゾリニル、フェナンスリジニルを挙げることができる。
置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子(Cl、F、Br、I)、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができる。最後の置換基は、置換C3-7シクロアルキルカルボニル、置換アリールカルボニル、または置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルにも適用される。
以上の定義の中、コレステロール残基とは、コレステロール分子中の22〜27位炭素上のいずれかのHが脱離しているか或は、22〜27位炭素のいずれかを含む炭化水素鎖が脱離した残基であることができる。かような残基の置換したアルキルカルボニルとしては、例えば、コール酸、ケノデオキシコール酸を挙げることができる。Yとして好ましいのはC1-6アルキルカルボニルである。
mおよびm’は独立して、該共重合体とアニオン性ポリマーの形成するPICミセルの水性媒体中での安定性の観点からは、好ましくは10〜200、より好ましくは15〜150、最も好ましくは15〜100の整数であることができる。
同様に、nは、好ましくは20〜800、より好ましくは30〜500、最も好ましくは40〜400の整数であることができる。
式(I)中のmおよびm’個アミジノ(C(=NH)NH2)は独立して、一般的に80%、好ましくは60%まで、より好ましくは30%まで、最も好ましくは10%までHであることができ、特に最も好ましくは、mおよびm’個のすべてがアミジノ基である。
該ポリアニオン性ポリマーは、水性媒体中において前記式(I)で表される共重合体と安定なPICを形成でき、かつ、該PICが安定なポリマーミセルを形成するものであって、具体的なものとしては、限定されるものでないが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスルホン酸、ポリアニオン性多糖類、アニオン性タンパク質等からなる群から選ばれる1種またはそれ以上であり、好ましいものとしては、コンドロイチン硫酸、カラギーナン、ヘパリン、カルボキシメチルデキストラン、キサンタンガム、ヒアルロン酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸を挙げることができ、安定性の観点からは、特に、コンドロイチン硫酸を好ましいものとして挙げることができる。これらのポリアニオン性ポリマーの分子量は、ポリマーの種類によって最適値が異なり、限定されるものでない。しかし、ポリアクリル酸の場合、Mnが、200〜1000000、好ましくは、500〜100000、より好ましくは、1000〜10000であり、ポリアニオン性多糖類、例えばコンドロイチン硫酸の場合、MnまたはMwが500〜1000000、好ましくは1000〜100000であり、アニオン性ポリペプチド、例えば、ポリアスパラギン酸の場合、MnまたはMwが500〜1000000、好ましくは1000〜100000ある。これらは市販のものを、必要に応じて精製して使用することができる。
<ブロック共重合体の製造>
PICを形成するための式(I)で示されるブロック共重合体は、本発明の目的に沿うものであれば如何なる方法によって製造される相当するPEGセグメント及びP(L−Arg)セグメントを含むものであってもよい。しかし、該ブロック共重合体は、分子量分布が狭く、かつ、水性媒体中で該ブロック共重合体とポリアニオン性ポリマーから形成されるPICミセルのナノ粒子の平均径が腫瘍組織への取り込みに適するサイズとし得る該ブロック共重合体であることが好ましい。かような共重合体は、上記本発明の態様(8)に従って製造できる。
予め、式(II)
Figure 2016167333
式中、A、L、Y、m及びnは、上記式(II)について定義したのと同義である、
の前駆体である共重合体を用意し、次いで、該式中のL−オルニチンに由来するセグメント中のδ−アミノ基をグアニジノ化するためのグアニジノ化試薬、N,N’−ビス(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラゾール−1−カルボキサミジンを用いて前記グアノジニノ化を行うことで製造することにより提供できる。このような製造は、典型的には、下記の合成スキームに従って、式(II)で示される共重合体とトリフルオロ酢酸(TFA)の塩を形成しておき、適当な塩基の存在下の不活性溶媒または塩基と溶媒との性質を備えた溶媒、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド等の溶媒中でグアニジノ化を行い、
Figure 2016167333
ここで、上記反応スキーム中の最初の式中のAが、上記式(II)の(ii)’で定義されるものに相当するときは、そこに記載されている式中のm’の反復単位に相当するオルニチンに由来するセグメント中のδ−アミノ基は上記mの反復単位のそれと同様にトリフルオロ酢酸の塩型であり、グアニジノ化後の。上記反応スキーム中の最後の式中のAはm’の反復単位に相当するオルニチンに由来するセグメント中のδ−アミノ基がジBoc保護アミジノ基である。
次いで、グアニジノ化試薬に由来する部分に存在する保護基tert−ブトキシカルボニル(Boc)を脱離することによって目的の式(I)のブロック共重合体が製造される。脱離反応は、該共重合体のペプチド結合等に悪影響を及ぼさない条件下であれば如何なる条件下で行うこともできるが、TFAを用いる条件下で行うことが好ましい。
Figure 2016167333
さらに、分子量分布の狭い本発明の共重合体を提供するためには、式(II)で示される前駆共重合体(式(II)のAが(i)’で表される場合を例にすると)は、下記の合成スキームに従って製造することが好ましい。
Figure 2016167333
ここで、化合物は、市販されているか、その提供法に準じた方法で用意した、可能な限り分子量分布の狭いものを使用し、該化合物に対し、アミノ基の保護されたオルニチン酸のアミノ酸無水物をリビング開環重合させ、次いで、無水酢酸等のリビング末端修飾剤を用いて反応を停止するそれ自体公知の方法を行うことにより化合物を製造し、さらに、ポリ(L−オルニチン)セグメントにおけるアミノ保護基を脱離する。
かような、化合物を原料とする反応処理によれば、ポリ(L−オルニチン)セグメントも極めて分子量分布の狭い前駆共重合体として提供できる。
したがって、最終的に得られる本発明に従う、式(I)で示されるブロック共重合体は、分子量分布が1.01〜1.20、好ましくは、1.01〜1.06であるものが提供できる。
これに対し、式(II)のAが(II)’で定義される場合には、上記反応スキーム中の出発原料である化合物1としては、NHCHCH−(OCHCHNHを用い、以下,化合物のA部分が、それぞれ、m個の反復単位に相当する反復単位であることができる。
こうして得られる式(II)のAが(ii)’で定義されるトリブロック共重合体は、次式(III)
Figure 2016167333
式中、L、L’、Y、Y’、は、m、m’、nは上記式(III)について定義したとおりである、
で表され、本発明者の知る限り、従来技術文献未載の化合物である。
<PICミセルの調製>
本発明に従うPICミセルは、前述した式(I)で示されるブロック共重合体と前述したポリアニオン性ポリマーを、前者のアミノ基もしくはグアニジノ基の数(Cという)/後者のカルボキシル基及び/もしくはスルホ基の数(A)の比が、0.5〜2.50になるように調整し、緩衝化した水性溶液(pH=7.2〜7.5)に溶解混合し、一定時間(通常、室温で30分間以上)静置することで調製するこができる。この調製に際し、前述の式(I)のAが(i)で定義されるブロック共重合体を使用して得られるミセル水溶液について動的光散乱(DLS)の測定を行うと、通常、平均粒径が約20nm〜約50nmのミセル粒子を得ることができ、一方、式(I)のAが(ii)で定義されるトリブロック共重合体または式(III)で表されるトリブロック共重合体とポリアニオン性ポリマーのPICミセル水溶液についてDLS測定すると、通常、平均粒径が約 40 〜70のミセル粒子を得ることができる。
こうして得られるPICミセルは、遠心等の分離手段により分離でき、また、凍結乾燥することにより、乾燥組成物として保存でき、必要に応じて、水性媒体中で再構成できる。このような乾燥組成物は、必要により、生理学的に許容され得る希釈剤または賦形剤を含むPICミセルの水溶液として提供できる。このような希釈剤は、滅菌水、生理食塩水、生理学的に許容される緩衝剤を含む溶液等であることができ、賦形剤は、例えば、ソルビトール、デキストリン、ブドウ糖、マンニトール、アミノ酸(例えば、グリシン、イソロイシン、バリン、メチオニン、グルタミン酸等)等であることができる。
このような水性溶液は、その投与を必要とする哺乳動物、特に、ヒトに静脈もしくは動脈を介し、また、該水溶液もしくは乾燥組成物は腫瘍局所に直接投与することもできる。こうして、PICミセルは腫瘍組織に集積させ得、その場で、NOを発生させて抗腫瘍作用を発揮する。かような投与量は、後述する試験例またはそれに類する試験の結果を参照し、専門医により適宜決定することができる。
一方、式(III)のトリブロック共重合体単独もしくは当該共重合体及び実施例11に記載されるようにWO2015/118993Aに記載の、典型的には、PMNT−PEG−PMNTまたはそれを包含する下記一般式で表されるトリブロク共重合体との混合物(前者のL−Arg単位と後者のTEMPO単位の比は5〜1:1〜5であることができる。)と特定のアニオン性ポリマーのPICミセル水性溶液は、生体条件下のpH及び温度37℃以上でゲル化を起こす。したがって、当該PICを滞留させることが望まれる生体部位(例えば、心筋、関節など)に直接投与し、炎症が関与する疾患または障害を処置にすることができる。投与の態様については、本発明者らによる特許出願に基づく、WO2013/111801A、WO2013/111801A、WO2014/199982Aを参照できる。これらの特許文献は、引用することにより、その内容全体が本願明細書に組み込まれる。
主要事項を摘記すると、PMNT−PEG−PMNTは、次の合成スキームに従い合成できる。
Figure 2016167333
このようなPMNT−PEG−PMNTを包含するトリブロック共重合体は、技術概念上次の一般式によって表すことができる。
Figure 2016167333
式中、
は、同一または異なる連結基を表し、
は、独立して、−C1−6アルキレン−NH−(C1−6アルキレン)−であり、ここでqは0または1の整数であり、そして
Rは、独立して、Rの総数nの少なくとも20%が2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル−4−イル、2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル−3−イル、2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル−3−イル及び2,4,4−トリメチル−1,3−オキサゾリジン−3−オキシル−2−イル、2,4,4−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル−2−イル及び2,4,4−トリメチル−イミダゾリンジン−3−オキシル−2−イルからなる群より選ばれる環状ニトロキシドラジカル化合物の残基を表し、存在する場合には、残りのRが水素原子、ハロゲン原子またはヒドロキシ基であり、
Yは、独立して、H、C1−6アルキルで置換されていてもよいフェニルチオカルボニルチオ、C1−6アルキルチオカルボニルチオ、C1−6アルキルオキシチオカルボニルチオまたはSHからなる群より選ばれ、
mは、独立して、3〜1,000の整数であり、そして
nは、5〜5,000の整数である。
上記の一般式中、好ましい態様では、各Lが独立して、単結合、−S−(CH−、−S−(CHCO−、−(CHS−、−CO(CHS−、
Figure 2016167333
からなる群より選ばれ、ここでcは1ないし5の整数であり、但し、連結基に方向性がある場合、例えば、−S−(CH−であるとき、上式中の左側のLは記載されている順方向で結合する、すなわち、S原子側がCH2に結合子、CH側がO原子に結合するが、一方、右側のLはその逆方向で結合する。
Yが、好ましくは、Hであるか、または−SH、
Figure 2016167333
からなる群から選ばれ、
Rが、独立して、Rの総数nの好ましくは80%、より好ましくは少なくとも90%、最も好ましくは約100%が2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル−4−イル、2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル−3−イル、2,2,5,5−テトラメチルピロリン−1−オキシル−3−イル及び2,4,4−トリメチル−1,3−オキサゾリジン−3−オキシル−2−イル、2,4,4−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル−2−イル及び2,4,4−トリメチル−イミダゾリンジン−3−オキシル−2−イルからなる群より選ばれる環状ニトロキシドラジカル化合物の残基を表し、存在する場合には、残りのRが水素原子、ハロゲン原子またはヒドロキシ基であり、
mは、独立して、好ましくは、3〜100、より好ましくは3〜50の整数であり、そして
nは、好ましくは、5〜1000、より好ましくは10〜200の整数である、
で表される。
PEG−b−P(L−Arg)またはP(L−Arg)−PEG−P(L−Arg)ブロック共重合体それ自体は、上記の目的に加え、1)遺伝子デリバリー用のポリカチオン、2)シリカナノ粒子などの無機物ナノ粒子および金ナノ粒子などの金属ナノ粒子、そして磁性ナノ粒子の表面コーティング剤、3)バイオデバイスの表面コーティング剤、4)薬物などの細胞導入剤として、また、前記PICミセルは上記の目的に加え、1)薬物デリバリー用のDDSキャリア、2)遺伝子デリバリー用のDDSキャリアとして使用できる。
以下、具体例を挙げ、本発明をより詳細に説明するが、これらに本発明を限定することを意味しない。
Nδ−ベンジルオキシカルボニル−L−オルニチン(Nδ−Benzyloxycarbonyl−L−ornithine(L−Orn(Z)))のアミノ酸無水物(N−Carboxyanhydride,NCA)であるL−Orn(Z)−NCAの合成
L−Orn(Z)−NCAは、次の合成スキーム1に従い合成した:
Figure 2016167333
L−Orn(Z)(15.0g,56.3mmol)を500mLナスフラスコ反応容器に加えた。次に、反応容器中を真空にした後、窒素ガスで置換する操作を3回繰り返すことにより、反応容器内を窒素雰囲気下にした。反応容器に150mLのテトラヒドロフラン(THF)を加え、L−Orn(Z)を分散させて撹拌を開始した。反応容器に25mLのTHFに溶解させたトリホスゲン(6.13g,20.7mmol)を加えた。反応容器に(+)−α−ピネン(17.5mL,112.7mmol)を加え、50℃まで加熱し、1時間撹拌した。反応溶液をエバポレーターで蒸発させ、新たにTHFを200mL加え、再度エバポレーターで蒸発させることで反応溶液のプロトンを除去した。得られたオフホワイトの固形物をTHF:ヘキサン=1:3の混合溶媒で再結晶させることで針状結晶を得た。収量は10.5gであり、収率は64%であった。得られたL−Orn(Z)−NCAの1H−NMRのスペクトルを図1に示す。
PEG−b−P(L−Orn(Z))ブロック共重合体の合成
PEG−b−P(L−Orn(Z))は、次の合成スキーム2に従い合成した:
Figure 2016167333
500mLフラスコ反応容器中にα末端にメトキシ基、ω末端にアミノ基を有するポリエチレングリコール(PEG−NH2、分子量12,000、日油株式会社)(5.0g,0.42mmol)、ベンゼンを30mL加え一晩凍結乾燥することで反応容器内の水分を除去した。次に、容器内を窒素に置換して窒素雰囲気下にし、反応溶媒としてジメチルフォルムアミド(DMF)を70mL加えて撹拌を開始した。実施例1に従って得られるL−Orn(Z)−NCA(3.9g,13mmol)をDMF30mLに溶解させて反応容器に加え、25℃の温度で48時間撹拌した。その後、4mLの無水酢酸を加えて2時間撹拌させることでリビング末端をアセチル化した。この反応溶液を氷上で1.5Lのジエチルエーテルに沈殿させた。クロロホルムとジエチルエーテルによる再沈殿操作を2回繰り返して精製した後、ベンゼン凍結乾燥にて白い粉体を得た。収量は8.1gであり、収率は98%であった。得られたPEG−b−P(L−Orn(Z)ブロック共重合体のサイズ分画クロマトグラムおよび1H−NMRスペクトルをそれぞれ図2、3に示す。PEGをスタンダードに用いた時の分子量分布は1.07であり、P(L−Orn(Z))セグメントの重合度m=30であった。
PEG−b−P(L−Orn)ブロック共重合体の合成
PEG−b−P(L−Orn)は、次の合成スキーム3に従い合成した:
Figure 2016167333
実施例2に従って得られるPEG−b−P(L−Orn(Z))(3.0g,0.154mmol)を100mLナスフラスコ反応容器に入れ、続けてトリフルオロ酢酸(TFA)を30mL加えて撹拌した。TFAを加えてから15分後、臭化水素/酢酸溶液を9mL加えて氷上で4時間撹拌した。反応後の溶液に蒸留水を40mL加えて、1Lのジエチルエーテルで抽出を行った。水相のみ回収し、再び1Lのジエチルエーテルで抽出を行った。このエーテル抽出操作をエーテル相が中性になるまで行った。エーテル抽出後の水相を分画分子量12−14,000の透析膜へ注ぎ、0.05% TFA水溶液に対して24時間透析を行い、続けて蒸留水に対して48時間透析を行った。透析後の膜内水溶液を凍結乾燥することで白い粉体を得た。収量は2.75gであり、収率は95%であった。この時、PEG−b−P(L−Orn)ブロック共重合体はTFA塩として回収されている。このTFA塩のPEG−b−P(L−Orn)を0.01N HClに対して透析することでHCl塩にコンバートすることが出来る。TFA塩のブロック共重合体はグアニジノ化反応に使用し、HCl塩のブロック共重合体は物性評価に用いた。得られたPEG−b−P(L−Orn)ブロック共重合体の1H−NMRおよび13C−NMRのスペクトルを図4、5に示す。P(L−Orn)セグメントの重合度m=30であった。
PEG−b−P(L−Arg(Boc2))ブロック共重合体の合成
PEG−b−PL−ArgBoc2))は、次の合成スキーム4に従い合成した:
Figure 2016167333
100mLナスフラスコ反応容器に実施例3に従って得られるPEG−b−P(L−Orn)ブロック共重合体のTFA塩(2.5g,0.13mmol)、N−メチルピロリドン 50mLを加えた。次に、グアニジノ化試薬としてのN,N’−ビス(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラゾール−1−カルボキサミジン〔N,N’−bis(tert−butoxycarbonyl)−1H−pyrazole−1−carboxamidine(PCX(boc2))〕(2.46g,7.9mmol)、ジイソプロピルエチルアミン(1.3mL,7.9mmol)を加えて、25℃で24時間撹拌した。反応溶液を分画分子量6−8,000の透析膜に入れて、DMFに対して24時間、続けてメタノールに対して24時間透析した。透析後の溶液をエバポレーターで蒸発させ、クルードをベンゼン凍結乾燥させることで白い粉体を得た。収量は2.65gであり、収率は88%であった。得られたPEG−b−P(L−Arg(Boc2))ブロック共重合体の1H−NMRを図6に示す。P(L−Arg(Boc2))セグメントの重合度m=30であり、置換度は99%であった。
PEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体の合成
PEG−b−P(L−Arg)は、次の合成スキーム5に従い合成した:
Figure 2016167333
実施例4に従って得られるPEG−b−P(L−Arg(Boc2))(2.5g,0.109mmol)を100mLナスフラスコ反応容器に入れ、続けてトリフルオロ酢酸(TFA)を50mL加えて室温にて24時間撹拌した。反応後の溶液に蒸留水を50mL加えて、1Lのジエチルエーテルで抽出を行った。水相のみ回収し、再び1Lのジエチルエーテルで抽出を行った。このエーテル抽出操作をエーテル相が中性になるまで行った。エーテル抽出後の水相を分画分子量12−14,000の透析膜へ注ぎ、0.01N HCl水溶液に対して24時間透析を行い、続けて蒸留水に対して48時間透析を行った。透析後の膜内水溶液を凍結乾燥することで白い粉体を得た。収量は1.88gであり、収率は96%であった。この時、PEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体はHCl塩として回収されている。得られたPEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体のサイズ分画クロマトグラム、1H−NMRおよび13C−NMRのスペクトルを、それぞれ図7、8、9に示す。分子量分布は1.03であり、P(L−Arg)セグメントの重合度m=30であり、置換度は99%であった。
グアニジノ基の置換率の反応時間追跡を図10に示す。グアニジノ化試薬としてPCX(Boc2)を用いた場合はわずか1時間の反応時間で約80%のアミノ基がグアニジノ基に置換され、24時間後には99%グアニジノ基が導入されている。一方、同じ反応条件で従来のグアニジノ化試薬であるPCX・HClを用いる場合、24時間後には約40%程度しか置換されていない。また、グアニジノ化試薬にN−(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラゾール−1−カルボキサミジン〔(N−(tert−butoxycarbonyl)−1H−pyrazole−1−carboxamidine(PCX(boc))〕を用いた場合には同条件で24時間反応させても5%程度しかグアニジノ基が置換されなかった。
PEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体の合成
実施例2に従って得られるL−Orn(Z)−NCAの量を3.9gから7.8gにした以外、実施例2から5までのスキームと同様の方法でPEG−b−P(L−Arg)の合成を行った。この時、得られたブロック共重合体のP(L−Arg)セグメントの重合度m=62であり、グアニジノ基の置換度は99%であった。1H−NMRを図11に示す。
PEG−b−P(D−Arg)ブロック共重合体の合成
L−Orn(Z)の代わりに、D−Orn(Z)を使用した以外実施例1から6までのスキームと同様の方法でPEG−b−P(D−Arg)の合成を行った。こうして得られたブロック共重合体のP(D−Arg)セグメントの重合度m=58であり、グアニジノ基の置換度は99%であった。1H−NMRを図12に示す。
PEG−b−P(L−Lys−Gua)またはPEG−b−P(L−homoArg)ブロック共重合体の合成
L−Orn(Z)の代わりに、Nδ−ベンジルオキシカルボニル−L−リシン〔Nδ−Benzyloxycarbonyl−L−lysine(L−Lys(Z))〕を使用した以外実施例1から6までのスキームと同様の方法でPEG−b−P(L−Lys−Gua)の合成を行った。このブロック共重合体はPEG−b−poly(L−Lysine)ブロック共重合体のポリリジンセグメント中のε−アミノ基をグアニジノ基に置換したグアニジル置換ポリリジンまたはポリ(L−ホモアルギニン)である。こうして得られたブロック共重合体のP(L−Lys−Gua)セグメントの重合度m=56であり、グアニジノ基の置換度は99%であった。1H−NMRを図13に示す。
ポリイオンコンプレックスミセルの調製
PEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体およびコンドロイチン硫酸Cナトリウム(CS:分子量50,000)をそれぞれTris−HClバッファ(10mM,pH7.4)に溶解させ、濃度を2mg/mLにしたPEG−b−P(L−Arg)ポリカチオン水溶液とCSポリアニオン水溶液を調製した。PEG−b−P(L−Arg)ポリカチオン水溶液とCSポリアニオン水溶液を任意のカチオン/アニオン比(C/A 比)で混合し、ボルテックスした後、30分静置することでPICミセル水溶液を調製した。ここで、C/Aとは[ポリカチオン中のアミノ基またはグアニジノ基の数]/[[ポリアニオン中のカルボキシル基またはスルホ基]である。得られたPICミセル水溶液に動的光散乱(DLS)測定を行ったところ、C/A=1の時に、最も散乱強度が大きく、多分散度(PdI)の小さなナノ粒子が得られた。この時の平均粒径は約35nm程度である(図14)。
<試験1>
iNOS酵素とポリアルギニンの反応性
実施例6から9で合成したブロック共重合体の粉末をHEPES−NaOHバッファ(10mM,pH7.4)にそれぞれ溶解させ、2mg/mLのポリマー水溶液を調製した。調製したポリマー水溶液を1mg/mLのトリプシン酵素水溶液と混合し37℃で24時間インキュベートした。またコントロールとして、トリプシン酵素を含んでいない単なるバッファとポリマー水溶液を同様に混合し、37℃で24時間インキュベートした。インキュベート後の混合溶液を98℃で5分間インキュベートし、トリプシン酵素を失活させた。この混合溶液とiNOS酵素(Sigma−Aldrich)を含んだバッファを混合し、37℃で24時間インキュベートした後、亜硝酸イオン(NO2 -)をグリース法(Dojindo,製品コードNK05)で定量した。その結果、実施例6で合成したPEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体のみトリプシン処理後に有意にNO産生が確認された(図15)。このNO産生量はPEGホモポリマー(分子量12,000)とL−アルギニンを同濃度含んだ系と同じ程度であることがわかった。
<試験2>
マクロファージ細胞からのNO産生評価
RAW264.7マクロファージ細胞(American Type Culture Collection,ATCC(U.S.A.))を使用した。培地は10%ウシ胎児血清(FBS)と抗生物質(アンピシリン、ストレプトマイシン、ネオマイシン)を加えているダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)を使用した。24ウェルプレートに5,000cells/wellの細胞密度でRAW264.7マクロファージを播種し、37℃、5%CO2濃度で一晩インキュベートした。その後、実施例9の方法で調製したPICミセル水溶液をミセル中のアルギニン濃度が1mMになる濃度でウェルに投与し、72時間インキュベートした。その後、10ng/mLの濃度のリポ多糖(LPS)を加えて6時間インキュベートし、マクロファージを活性化させた。インキュベート後、ウェル中の上澄み培地を回収し、試験1と同様の手順で亜硝酸イオンを定量した。その結果、実施例6で合成したPEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体とコンドロイチン硫酸からなるPICミセル(L−PArg−CS/m,C/A=1)のみ、LPSで活性化したマクロファージから有意にNO産生が確認された(図16)。実施例7、8で合成し他PEG−b−P(D−Arg)ブロック共重合体およびPEG−b−P(L−Lys−Gua)ブロック共重合体とコンドロイチン硫酸からなるPICミセル(D−PArg−CS/mおよびL−PLys−Gua/m)を投与してもLPSで活性化したマクロファージからはNOの有意な産生は認められなかった。以上より、PEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体のみ有意にマクロファージ中のiNOS酵素と反応してNOを産生することを見出した。
<試験3>
担がんマウスへの抗腫瘍活性評価
実施例6で合成したPEG−b−P(L−Arg)ブロック共重合体とコンドロイチン硫酸Cから成るPICミセル(L−PArg−CS/m,C/A=1)の静脈投与による担がんマウスへの抗腫瘍活性を評価した。L−PArg−CS/m水溶液は実施例9の通り調製した。5週齢のBalb/cマウス(♂)を1群4匹に分けて、入荷から本実験終了までの期間中、室温25℃(±1℃))、湿度50%、12時間明暗サイクルの条件下で飼育を行い、餌及び水は自由に摂取させた。このマウスの右後脚大腿部に1×105cells/mLの細胞密度のColon−26がん細胞を100μL播種した。腫瘍組織の大きさはノギスで測定し、腫瘍体積(mm3)=[短軸(mm)]2×[長軸(mm)]×0.52で表す。腫瘍体積の平均が100mm3を超えた時に、下記の通りL−PArg−CS/m水溶液を投与した。

群1:生理食塩水(PBS)100μLを1回投与
群2:L−PArg−CS/m 100μLを1回投与(アルギニン濃度 16mg/kg)
群3:L−PArg−CS/m 100μLを最初に投与した日から1日おきに計2回投与(アルギニン濃度 16mg/kg)
群4:L−PArg−CS/m 100μLを最初に投与した日から1日おきに計3回投与(アルギニン濃度 16mg/kg)
群5:L−PArg−CS/m 100μLを最初に投与した日から1日おきに計4回投与(アルギニン濃度 16mg/kg)
投与後、3日おきに腫瘍体積およびマウスの体重を測定した。図17にマウスの相対的体重変化を示す。図に示されるように、本発明で調製したL−PArg−CS/m(群2から5)はコントロール(群1)に比べて有意な体重減少は見られなかったため、PICミセル由来の毒性はないことがわかる。また、腫瘍体積変化を図18に示す。群2および3ではコントロールよりも有意に腫瘍成長速度が増加している。これは試験3で見られたようなNO産生の増加によって腫瘍内NO濃度は増加したものの、抗腫瘍活性を示すほどではなく、逆に血管新生を促進してしまったためだと考えられる。群4ではコントロールに比べて有意差はない。群5ではコントロールに比べて有意に腫瘍成長速度が遅延している。これは試験3で見られたようなNO産生量の増加によってがん細胞にアポトーシスを誘導し、その結果腫瘍の成長を抑制していると考えられる。
1.ポリ(L−Arg)−ポリ(エチレングリコール)−ポリ(L−Arg)(PArg−PEG−PArg)の合成
PArg−PEG−PArgは、ポリ(L−オルニチン)−ポリ(エチレングリコール)−ポリ(L−オルニチン)(POrn−PEG−POrn)(のグアニジニル化により製造した。
当該POrn−PEG−POrnはPEG(NH−PEG−NH;Mn=10,000)のα,ω−NH基へのN−δ−カルボベンゾキシ−L−オルニチンのN−カルボン酸無水物(L−Orn(Z)−NCA)の開環重合、次いで、保護基の脱離を介して合成した。
ポリ(L−Arg)−b−ポリ(エチレングリコール)−b−ポリ(L−Arg)(PArg−b−PEG−b−PArg)の合成
PArg−b−PEG−b−PArgは、ポリ(L−オルニチン)−ポリ(エチレングリコール)−ポリ(L−オルニチン)(POrn−b−PEG−b−POrn)(のグアニジニル化により製造した。なお、ブロック共重合体を表示する「−b−」は、以下、単に「−」と略記する。
当該POrn−PEG−POrnはPEG(NH−PEG−NH;Mn=10,000)のα,ω−NH基へのN−δ−カルボベンゾキシ−L−オルニチンのN−カルボン酸無水物(L−Orn(Z)−NCA)の開環重合、次いで、保護基の脱離を介して合成した。
(1)POrn−PEG−POrnの合成
窒素雰囲気下の三方停止栓を備えた300mL丸底フラスコ中で撹拌させることでNH−PEG−NH(2g,0.2mmol)をジメチルホルムアミド(DMF,20mL)に溶解した。別の100mLフラスコ中で20mLのDMFに溶解したNδ−ベンジルオキシカルボニル−L−オルニチン酸無水物(L−Orn(Z)−NCA;2g,6.85mmol)をNH−PEG−NH溶液にNパージドシリンジを用いて加えた。乾燥窒素雰囲気下の反応混合物を30℃油浴で48時間撹拌した。反応後、氷浴中で15倍過剰のジエチルエーテル(600mL)を用いて反応混合物を沈殿させ、次いで濾過した。回収したポリマーをジエチルエーテルで2度再沈殿させ、不純物を除去した。白色固体としてPOrn(Z)−PEG−POrn(Z)(2.6g)が得られた。該固体のH−NMRの分析結果を図19に示す。
得られたPOrn(Z)−PEG−POrn(Z)(2.6g)をトリフルオロ酢酸(TFA,15mL)に溶解させ、臭化水素酸(HBr,4.5mL)を加え、氷浴中で4時間撹拌した。次に、トリエチルアミン(TEA.15mL)を滴下し、過剰の酸を除去した。引き続き、懸濁物蒸留水(100mL)で希釈し、次いで、予め膨潤させた半透膜チューブ(MWCO=3500)を用い水に対して3日間透析した。さらに、連続して0.01HCl、蒸留水に対して透析を続け、TFA型POrn−PEG−POrnをHCl型に変換した後、凍結乾燥した。POrn−PEG−POrnを白色粉末として得た(2.2g)。該粉末のH−NMRの分析結果を図19に示す。
(2)PArg−PEG−PArgの合成
PArg−PEG−PArgは、POrn−PEG−POrnのPOrnセグメントの側鎖δ−アミノ基のN,N’−ビス(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラアゾール−1−カルボキサミジン(PCX(Boc))を用いるグアニジニル化、次いでBoc基の脱保護によって取得した。
簡潔には、POrn−PEG−POrn(1g,0.7mmol)とPCX(Boc)(1g、3.2mmol)をN,N−ジイソプロピルエチルアミン(0.5mL,3mmol)含有N−メチルピロリドン(20mL)に溶解し、室温で24時間撹拌した。反応後、混合物を氷浴中で15倍過剰のジエチルエーテル(300mL)で沈殿させ、次いで濾過した。回収したポリマー(PArg(Boc)−PEG−PArg(Boc))をジエチルエーテルにより2度再沈殿させ、不純物を除去した。ポリマー(1.1 g)が得られ、そのH−NMRの分析結果を図20に示す。こうして得られたPArg(Boc)−PEG−PArg(Boc)をTFA(10mL)に溶解し、室温で8時間撹拌した。次に、TEA(15mL)を滴下し、過剰の酸を除去した。引き続き、懸濁物を蒸留水(100mL)で希釈し、0.01HCl、次いで蒸留水に対して透析した後、凍結乾燥した。PArg−PEG−PArgを白色粉末として0.9g得た。この粉末のH−NMRの分析結果を図20に示す。
参考例
反応性酸素種(ROS)捕捉性ポリマー(PMNT−PEG−PMNT)の合成
ポリ(クロロメチルスチレン)−ポリ(エチレングリコール)−ポリ(クロロメチルスチレン)(PCMS−PEG−PCMS)を、スルファニル(sulphanyl?)−ポリ(エチレングリコール)−スルファニル(HS−PEG−SH;Mn=10,000)をテローゲンとして用いるクロロメチルスチレンのラジカルテロメリゼーションによって合成した。次いで、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1オキシル(4−amino−TEMPO)のアミノ基とPCMS−PEG−PCMSブロック共重合体中のベンジルクロダイド基間の相互作用を介してクロロメチル基をTEMPOに転化した。具体的には、WO2015/118993A を参照されたい。
ポリイオンコンプレックス(PIC)の調製及びゲル化
ポリカチオン性ポリマーのPArg−PEG−PArg及びPMNT−PEG−PMNTをリン酸緩衝液(pH6.2,100mM)に溶解した。ポリアニオン性ポリマーのポリ(アクリル酸)(PAAc)又はコンドロイチン硫酸(CS)もリン酸緩衝液(pH6.2,100mM)に溶解した。ポリカチオン性ポリマー溶液にポリアニオン性ポリマーを加えてポリイオンコンプレックス(アニオン:カチオン比 1:1)を調製した。混合物を室温にて30分間撹拌し、こうして形成しPICミセル粒子の動的光散乱(DLS)測定を行った。結果を下記表1に示す。
Figure 2016167333
次に、PIC溶液10mg/mLを遠心エバポレーターにより必要な濃度(45〜60mg/mL)になるまで濃縮し、こうして濃縮したPICのゲル化が生理学的条件下(37℃)で起こった結果を図21に示す。この結果から、上記のPICミセルは体温で効果的にゲル化することが分かる。
<試験4>
インビトロでの血管新生の評価
Arg−PEG−PArg/CSコンプレックスの血管新生促進性を、グロース−ファクター−リデュースド マトリゲル(growth−factor−reduced−Matrigel)(BD Biosciences)を用いるヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)チューブ検定により評価した。
簡潔には、製造業者のプロトコールに従い冷室温(4℃)でマトリゲルを夜どうし解かした。マトリゲル液(10μL)をμ−スライド(μ−slide)(同上)に加え、30分37℃のインキュベーター中に維持し、重合させた。次に、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)中HUVEC懸濁液(5×10細胞/ウエル)を、Arg−PEG−PArg/CSコンプレックスの存在下又は不存在下のマトリゲル層上にゆっくり加えた。血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を陽性血管新生促進剤として用いた。5%CO下37℃にて4時間インキュベーションした後、DMEMを慎重に取り除いた後、カルセイン(calcein)AM含有(10μg/mL)新鮮DMEMをマトリゲル層上に加えた。15分インキュベーション後、チューブ形成を蛍光顕微鏡下で観察し、イメージジェイ(ImageJ)ソフトウエア―の血管新生解析装置プラグインにより解析した。得られた結果はPEG−PArg/CS及びPArg−PEG−PArg/CSがHUVEC中でチューブを形成することを示した。結果を図22に示す。なお、図中、PIC(di)は、上記実施例9にしたがって調製されるPEG−PArgジブロックコポリマーに由来するPICを意味し、PIC(tri)はPArg−PEG−PArgトリブロックコポリマーに由来するPICを意味する。
図22に示されるようにPEG−PArgもPArg−PEG−PArgもHUVECのチューブ形成を誘発することが分かる。
<試験5>
心筋梗塞マウスにおけるPMNT−PEG−PMNT/PArg−PEG−PArgをベースとするインジェクタブルハイドロゲルの評価
心筋梗塞(MI)マウスを心臓の左前下行枝(LAD)の連結を誘発させた。雄7〜8週齢ICRマウス(体重32〜35g)をチャールスリバージャパン(Charles River Japan)から購入した。これらのマウスを温度(23±1℃)、湿度(50±5%)及び明暗(12時間明暗周期)の制御下の筑波大学実験動物施設で飼った。これらの動物に飼料と水を自由に採ることができるようにした。すべての実験は筑波大学の動物実験用規則に従って実施した。LADを8−0シルク縫合糸で連結した後、濃縮PIC溶液(40μL,PMNT−PEG−PMNT/PArg−PEG−PArg+PAAc)を縫合糸部位に心臓内注入した。MI後1週目及び4週目に心エコー検査を行った。心機能は左室駆出率の測定により評価し、梗塞のサイズは組織学的評価により決定した。図23及び24に示されるとおり、PMNT−PEG−PMNT/PArg−PEG−PArgをベースとするインジェクタブルゲル処置マウスは未処置マウスに比べ有意に心機能を改善した。なお、図中、Gel1はPMNT−PEG−PMNT/PArg−PEG−PArg+PAAC(30mg/mL)のデータであり、Gel2はPMNT−PEG−PMNT/PArg−PEG−PArg+PAAC(60mg/mL)のデータである。
図24に関しては、1日間4%(v/v)緩衝化ホルマリンおよび2日間70%(v/v)アルコールで心臓組織を固定化した後パラフィン埋め込みを行い、次いで、これらの組織の5μm厚薄片を調製し、マッソン(Masson)トリクローム染色を行った。こした生物試料の組織学的特徴を光学顕微鏡下で試験した結果である。
本発明に従う、PICミセルは、限定されるものでないが、例えば、腫瘍を処置するための薬剤として使用でき、少なくとも製薬産業で利用できる。

Claims (11)

  1. ポリカチオン性ポリマーとポリアニオン性ポリマーを含んでなるポリイオンコンプレックス(PIC)であって、
    ポリカチオン性ポリマーが、式(I)
    Figure 2016167333
    式中、
    Aは、
    (i)水素、非置換または置換C1−C12アルキル基を表し、置換されている場合の置換基は、ホルミル基、式R12CH−(ここで、R1及びR2は独立して、C1−C4アルコキシまたはR1とR2は一緒になって−OCH2CH2O−、−O(CH23O−もしくは−O(CH24O−を表す。)の基を表すか、或は
    (ii)式
    Figure 2016167333
    を表し、
    L及びL’は独立して、連結基を表し
    Y及びY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
    m及びm’は独立して、5〜300の整数であり、
    nは5〜1,000の整数であり、
    式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
    で示される共重合体であり、
    ポリアニオン性ポリマーはポリアニオン性多糖、ポリアニオン性ポリペプチド、ポリ(アクリル酸)、及びポリ(メタアクリル酸)からなる群より選ばれ、かつ、
    前記PICは水に溶解または分散させたとき、平均粒径がナノメートル(nm)オーダーのPICミセルの形態にある、
    前記ポリイオンコンプレックス。
  2. 請求項1に記載のポリイオンコンプレックスであって、Aが(i)で定義される、ポリイオンコンプレックス。
  3. 請求項1に記載のポリイオンコンプレックスであって、Aが(ii)で定義される、ポリイオンコンプレックス。
  4. 請求項1〜3のいずれか1に記載のポリイオンコンプレックスを有効成分として含む、哺乳動物組織における活性化された細胞に由来する誘導型NOシンターゼの基質L−Argを提供するための組成物。
  5. 哺乳動物組織における活性化された細胞が腫瘍組織内または近傍のマクロファージである、請求項4に記載の組成物。
  6. 哺乳動物組織における活性化された細胞が心臓筋肉内の炎症に伴い活性化されたマクロファージである、請求項4に記載の組成物。
  7. 請求項1〜3のいずれか1に記載のポリイオンコンプレックスを有効成分として含む、哺乳動物組織における腫瘍を予防または治療するための組成物。
  8. 式(I)
    Figure 2016167333
    式中、
    Aは、
    (i)水素、非置換または置換C1−C12アルキル基を表し、置換されている場合の置換基は、ホルミル基、式R12CH−(ここで、R1及びR2は独立して、C1−C4アルコキシまたはR1とR2は一緒になって−OCH2CH2O−、−O(CH23O−もしくは−O(CH24O−を表す。)の基を表すか、或は
    (ii)式
    Figure 2016167333
    を表し、
    L及びL’は独立して、連結基を表し
    Y及びY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
    m及びm’は独立して、5〜300の整数であり、
    nは5〜1,000の整数であり、
    式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
    で示されるブロック共重合体の製造方法であって、
    式(II)
    Figure 2016167333
    式中、
    Aは、
    (i)’上記式(I)の(i)について定義するとおりであるか、或いは、
    (ii)’式
    Figure 2016167333
    を表し、
    L、L’、Y、Y’、n、m、m’は上記式(I)について定義するとおりである、
    で示されるブロック共重合体にN,N’−ビス(tert−ブトキシカルボニル)−1H−ピラゾール−1−カルボキサミジンを、必要により反応非活性溶媒中で反応させてオルニチンに由来するセグメント中のδ−アミノ基をグアニジノ化する工程を含んでなる、方法。
  9. 請求項8に記載のブロック共重合体の製造方法であって、式(II)のAが(i)’で定義される、方法。
  10. 請求項8に記載のブロック共重合体の製造方法であって、式(II)のAが(ii)で定義される、方法。
  11. 式(III)
    Figure 2016167333
    式中、
    L及びL’は独立して、連結基を表し
    Y及びY’は独立して、H、C1-21アルキルカルボニル、置換C1-4アルキルカルボニル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキルカルボニル、非置換もしくは置換アリールカルボニル、または非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリールカルボニルを表し、ここで、置換C1-4アルキルカルボニルの置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル、カルボキシル、非置換もしくは置換C3-7シクロアルキル、非置換もしくは置換アリール及び非置換もしくは置換5もしくは6員ヘテロアリール、非置換もしくは置換アダマンチル、非置換もしくは置換コレステロール残基からなる群より選ばれ、これらの置換基が置換されている場合の置換基はC1-4アルキル、C1-4アルキルオキシ、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトロ、ハロゲン原子、またはモノ−もしくはジC1-4アルキルアミノであることができ、
    m及びm’は独立して、5〜300の整数であり、
    nは5〜1,000の整数であり、
    式中のmまたはm’個のアミジノ基(C(=NH)NH2)の80%まではHであってもよい、
    で示される共重合体。
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