ES2258986T3 - Complejos de administracion a base de acido nucleico-lipido cationico-proteina de nucleo virico. - Google Patents

Complejos de administracion a base de acido nucleico-lipido cationico-proteina de nucleo virico.

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ES2258986T3 ES00981481T ES00981481T ES2258986T3 ES 2258986 T3 ES2258986 T3 ES 2258986T3 ES 00981481 T ES00981481 T ES 00981481T ES 00981481 T ES00981481 T ES 00981481T ES 2258986 T3 ES2258986 T3 ES 2258986T3
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Eric Department of Gene Therapy ALTON
David University of Leeds MATTHEWS
Willie School of Biomedical Sciences RUSSELL
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Abstract

Vector para la administración de ácido nucleico no vírico que comprende un complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado y un lípido catiónico, en el que el complejo comprende (a) una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI); y (b) uno o más polipéptidos adenovíricos Mu1 o polipéptidos homólogos con por lo menos 60% de identidad con los mismos, siendo dichos polipéptidos o dichos homólogos de los mismos (i) capaces de unirse a la NOI; y (ii) siendo capaces de condensar la NOI; y en el que la NOI es heteróloga con uno o más polipéptidos.

Description

Complejos de administración a base de ácido nucleico-lípido catiónico-proteína de núcleo vírico.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a complejos de ácido nucleico/proteína/lípido catiónico que comprenden proteínas de empaquetamiento adenovíricas Mu1 y a su utilización en la administración eficaz de ácidos nucleicos a células, tales como las células neuronales.
Antecedentes de la invención
Se han realizado avances prometedores en la transferencia génica no vírica como resultado de la producción de liposomas sintéticos formulados con lípidos catiónicos que son capaces de transfectar células. Sin embargo, se ha examinado la capacidad de pocos de estos complejos para transferir de manera eficaz el ADN a las células del SNC y para obtener la expresión de un transgén. La capacidad para transfectar neuronas de manera eficaz y segura podría proporcionar una herramienta potente para el esclarecimiento de la función neuronal y puede conducir a nuevos tratamientos para los trastornos neurológicos.
Desgraciadamente, la terapia génica para el SNC se ha visto obstaculizada por la falta de medios eficaces para transducir neuronas postmitóticas. La mayoría de los estudios han utilizado vectores víricos para la administración génica. Sin embargo, muchos vectores víricos están plagados de problemas de inmunidad y citotoxicidad y no son manipulados fácilmente por los no virólogos ^{1-3}. Actualmente están surgiendo vectores no víricos como un método alternativo de transducción celular. Los avances más prometedores en la transferencia génica no vírica han sido en la producción de liposomas sintéticos formulados con lípidos catiónicos (citofectinas) capaces de transfectar células. Dichos liposomas catiónicos son relativamente fácil de utilizar, presentan una amplia aplicabilidad y falta de citotoxicidad ^{4}.
Las formulaciones de liposomas no catiónicas se están desarrollando constantemente^{5}. Sin embargo, se ha examinado la capacidad de pocos de estos complejos para transducir de forma eficaz las células en el SNC ^{6-9}. Los liposomas catiónicos actúan mediante interacciones electrostáticas con el ADN cargado negativamente y posteriormente con las membranas celulares cuando atraviesan la membrana celular mediante un proceso lento de endocitosis ^{6, 10, 11}. Se formulan frecuentemente utilizando el lípido neutro dioleíl-L-\alpha-fosfatidiletanolamina (DOPE), que es sumamente eficaz en el tamponamiento endosómico y en la disgregación ^{8,12}. En el material genético transfectado del espacio perinuclear se libera del complejo liposómico, se transporta al núcleo y se expresa. Hasta la fecha se ha demostrado que solamente los liposomas formulados a partir del cloruro de N-[1-(2,3-dioleiloxi)propil]-N,N,N trimetilamonio (DOTMA) y
DOPE, logran mediar la transfección en el SNC ^{13-16}. Para ser útil en terapia génica, se necesitan complejos liposómicos capaces de transfectar las células del SNC con gran eficacia.
Una limitación principal en la transferencia génica mediada no vírica consiste en la formación de grandes moléculas agregadas durante la generación de los complejos liposoma:ADN ^{5}. Estos grandes agregados pueden reducir la eficacia de la transfección limitando posiblemente la endocitosis de los complejos. Un método para soslayar esto consiste en reducir el tamaño de las moléculas de ADN mediante la condensación de ADN antes de la formación del complejo. La precondensación del ADN produce complejos más pequeños y mejores eficacias de transfección ^{17-23}. Se han identificado varios policationes que son eficaces para mejorar las transfecciones mediadas por liposomas. De éstos, la poli-L-lisina y la propamina han producido los resultados más drásticos permitiendo aumentos de más de 30 veces en comparación con los complejos sin precondensación en una variedad de líneas celulares no neurona-
les ^{17, 21}.
El sulfato de propamina es particularmente bueno para aumentar la transfección liposómica. La propamina es un policatión natural que se encuentra en el corazón de los espermatozoos. La función de la propamina consiste en condensar el ADN en el esperma y ayudar a su transferencia al núcleo del huevo. La propiedad de direccionamiento nuclear de la propamina la hace particularmente atractiva para la transferencia génica. Además, a diferencia de la poli-L-lisina sintética, que presenta un intervalo de pesos moleculares grandes (18.000 a 19.200 Da), la propamina es natural, más pequeña y de tamaño más uniforme (4.000 a 4.250 Da). Estas cualidades significan que hay menos probabilidad de respuestas inmunógenas en el tejido diana y la condensación es más fácil de controlar. Se han utilizado otros ADN naturales que condensan proteínas para potenciar la transferencia de ADN mediada por liposomas catiónicos. Fritz et al., ^{22} consiguió aumentar aproximadamente 30 veces la lipofección utilizando una proteína histona H1 recombinante humana que incorpora una señal de localización nuclear (nls-H1). Además, la proteína distinta de la histona del grupo 1,2 de alta movilidad cromosómica se ha demostrado que mejora la lipofección y se utiliza de manera rutinaria en el método de HVJ-liposoma ^{20,24}.
Sumario de la invención
Los solicitantes han examinado la capacidad de las proteínas asociadas al ADN vírico para mejorar la transferencia génica basada en liposomas. En particular los solicitantes han comparado el péptido Mu1 sintético codificado por virus y la proteína Vp1 recombinante del adenovirus y del poliomavirus respectivamente. Mu1 puede desempeñar una función en la condensación del cromosoma adenovírico mientras que Vp1 es la única proteína estructural del poliomavirus que presenta actividad de unión al ADN ^{25-27}. Vp1, pero no Mu1 contiene una señal de localización nuclear clásica impregnada (NLS) similar a la encontrada en HMG-1,2 y nls-H1 26. Los solicitantes descubrieron que Mu1, pero no Vp1, mejoró significativamente la transferencia génica mediada por el liposoma catiónico en las células procedentes del sistema nervioso y del riñón. Los solicitantes descubrieron que el aumento de Mu1 era mayor en las células diferenciadas, lo que indica la posible utilidad de este método para las neuronas in vivo.
Estos descubrimientos tienen implicaciones en utilizaciones experimentales y terapéuticas de la administración mediada por liposomas de ADN a las células del SNC.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un vector de administración de ácidos nucleicos no víricos que comprende un complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado y un lípido catiónico, en el que el complejo comprende
(a)
una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI); y
(b)
uno o más polipéptidos adenovíricos Mu1 o polipéptidos homólogos con por lo menos el 60% de identidad con éstos, siendo dichos polipéptidos o dichos homólogos de éstos (i) capaces de unirse al NOI; y (ii) capaces de condensar el NOI; y en la que el NOI es heterólogo a uno o más polipéptidos.
La expresión "heterólogo con respecto al polipéptido" significa que los NOI víricos naturales en combinación con el polipéptido de empaquetamiento vírico están excluidos.
En una forma de realización preferida, el vector comprende además un polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS). Más preferentemente, el polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS) es el pV adenovírico o un derivado del mismo.
La presente invención proporciona además un complejo condensado de polipéptido/ácido nucleico que comprende un lípido catiónico, un componente polipeptídico y un componente de ácido nucleico, para su utilización en la administración del componente del ácido nucleico a un núcleo de una célula eucariótica, en la que
(i)
el componente polipeptídico es un polipéptido adenovírico Mu1 o un polipéptido homólogo con por lo menos el 60% de identidad con el mismo;
(ii)
el componente polipeptídico de dicho homólogo del mismo es capaz de unirse al NOI; y
(iii)
el componente polipeptídico de dicho homólogo del mismo es capaz de condensar el NOI;
y en el que el ácido nucleico es heterólogo con respecto al polipéptido.
En una forma de realización preferida, el complejo comprende además un polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS). Más preferentemente, el polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS) es el pV adenovírico o un derivado del mismo.
La presente invención proporciona también un método de producción de un vector de administración del ácido nucleico no vírico que comprende un lípido catiónico y un complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado, comprendiendo dicho método
(a)
poner en contacto una secuencia del ácido nucleico de interés (NOI) con un polipéptido adenovírico Mu1 o con un polipéptido homólogo con por lo menos el 60% de identidad con el mismo, siendo capaz dicho homólogo del mismo (i) de unirse al NOI; y (ii) siendo capaz de condensar el NOI; y en el que el NOI es heterólogo al polipéptido; y
(b)
poner en contacto el complejo de ácido nucleico/polipéptido formado de este modo con un lípido catióni-co.
La presente invención proporciona además un método de introducción de una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI) en una célula eucariótica, método que comprende poner en contacto la célula con un complejo de la invención en la que el complejo comprende el NOI. Preferentemente la célula es una neurona, una célula cancerosa o epitelial.
En una forma de realización alternativa, puede utilizarse un polipéptido de localización/administración nuclear del ácido nucleico vírico en la adición a un polipéptido adenovírico Mu1. De hecho, algunos polipéptidos víricos combinan ambas funciones.
\newpage
Descripción detallada de la invención
Aunque en general las técnicas mencionadas en la presente memoria son bien conocidas en la materia, se puede hacer referencia en particular a Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual (1989) y Ausubel et al., Short Protocols Molecular Biology (1999) 4ª ed., John Wiley & Sons, Inc.
A. Componentes polipeptídicos 1. Polipéptidos con empaquetamiento de ácido nucleico vírico
La expresión "polipéptidos con empaquetamiento de ácido nucleico vírico" comprenden típicamente los polipéptidos codificados por genomas víricos naturales en partículas víricas en los que su función consiste en empaquetar, en particular condensar y administrar al núcleo, ácidos nucleicos que constituyen el genoma vírico en el virión.
El polipéptido con empaquetamiento de ácido nucleico vírico para su utilización en la presente invención es el polipéptido adenovírico Mu1 presentado inmediatamente a continuación como SEC. ID nº: 1.
NH_{2}-Met-Arg-Arg-Ala-His-His-Arg-Arg-Arg-Arg-Ala-Ser-His-Arg-Arg-Met-Arg-Gly-Gly-OH (SEC. ID nº: 1)
Para su utilización en la presente invención, un polipéptido con empaquetamiento de ácido nucleico adenovírico Mu1 es capaz de unirse a los ácidos nucleicos, típicamente de manera no específica, produciendo preferentemente la condensación del ácido nucleico. Se prefiere generalmente que el NOI condensado tenga un tamaño igual o inferior a 200 nm, como por ejemplo de 50 a 200 nm, para la eficacia óptima de la administración a una célula diana.
La capacidad de los polipéptidos adenovíricos Mu1 para unirse a ácidos nucleicos puede determinarse in vitro utilizando técnicas tal como la electroforesis en gel que incluyen ensayos de retardo en gel (véase el apartado materiales y métodos y el apartado resultados) y ensayos de movilidad con desplazamiento de la banda electroforética, ensayos de exclusión con bromuro de etidio y cromatografía de afinidad (utilizando por ejemplo, celulosa con ADN de una sola o doble cadena).
La capacidad de los polipéptidos adenovíricos Mu1 para condensar ácidos nucleicos puede determinarse, por ejemplo, por espectroscopía de dicroísmo circular (CD) (véase, por ejemplo, Sato y Hosokawa, 1984, J. Biol. Chem. 95: 1031-1039).
Generalmente los polipéptidos adenovíricos Mu1, o sus homólogos con por lo menos el 60% de identidad con éstos, comprenderán un número de restos de aminoácidos cargados positivamente a pH fisiológico (tal como pH 7,4). Preferentemente, la carga neta total en el polipéptido adenovírico Mu1 es positiva al pH fisiológico. En particular, es preferible que la relación carga:aminoácido sea por lo menos +0,3, preferentemente por lo menos +0,4, +0,5
o +0,6.
Es preferible que los polipéptidos adenovíricos Mu1 o sus homólogos con por lo menos el 60% de identidad con éstos comprendan restos de arginina en lugar de restos de lisina o una mezcla de ambos. Se prefiere particularmente asimismo que los polipéptidos adenovíricos Mu1 o sus homólogos con al menos el 60% de identidad con éstos comprendan uno o más restos de histidina, preferentemente dos o más restos de histidina. Además, los polipéptidos adenovíricos Mu1 o sus homólogos con por lo menos el 60% de identidad con éstos, comprenderán típicamente un número de restos muy hidrófobos, tal como alanina, por ejemplo dos o más restos hidrófobos.
Debe entenderse que, para su utilización en la invención, las secuencias de aminoácidos no están limitadas a polipéptidos naturales con empaquetamiento de ácido nucleico adenovírico Mu1 pero incluyen además secuencias homólogas con por lo menos el 60% de identidad con éstas obtenidas de cualquier fuente, por ejemplo proteínas víricas/bacterianas relacionadas, homólogos celulares y péptidos sintéticos.
En el contexto de la presente invención, una secuencia homóloga se considera que incluye una secuencia de aminoácidos que es por lo menos el 60, 70, 80 o 90% idéntica, preferentemente por lo menos el 95 o el 98% idéntica a la concentración de aminoácidos más de por lo menos 10, preferentemente por lo menos 20, 30, 40 ó 50 aminoácidos con la secuencia Mu1 presentada como SEC. ID nº: 1. En particular, típicamente la homología debería considerarse con respecto a las zonas de la secuencia conocida que son esenciales para la unión del ácido nucleico en lugar de las secuencias adyacentes no esenciales. Aunque la homología puede considerarse también desde el punto de vista de su similitud (es decir los restos de aminoácidos con propiedades o funciones químicas similares), en el contexto de la presente invención es preferible expresar la homología en términos de identidad de secuencia.
Las comparaciones de homología pueden realizarse a simple vista, o más frecuentemente, con ayuda de programas de comparación de secuencias fácilmente disponibles. Estos programas informáticos disponibles en el mercado pueden calcular el % de homología entre dos o más secuencias.
El % de homología puede calcularse en secuencias contiguas, es decir, una secuencia está alineada con otra secuencia y cada aminoácido en una secuencia se compara directamente con el aminoácido correspondiente en la otra secuencia, un resto cada vez. Esto se denomina alineación "sin huecos". Típicamente, dichas alineaciones sin huecos se realizan únicamente en un número relativamente corto de restos (por ejemplo menos de 50 aminoácidos conti-
guos).
Aunque este método es sencillo y coherente, no puede tener en consideración, por ejemplo, que en un par de secuencias de otro modo idénticas, una inserción o deleción dará lugar a que los restos de aminoácidos siguientes se coloquen fuera de la alineación, dando como resultado de este modo potencialmente una gran reducción en el % de homología cuando se realiza una alineación global. Por consiguiente, la mayoría de los métodos de comparación de secuencia se diseñan para producir alineaciones óptimas que tengan en consideración posibles inserciones y deleciones sin penalizar indebidamente la puntuación de la homología. Esto se consigue insertando "huecos" en la alineación de la secuencia para tratar de maximizar la homología local.
Sin embargo, estos métodos más complejos asignan "penalizaciones de hueco" a cada hueco que se produce en la alineación de modo que, para el mismo número de aminoácidos idénticos, una alineación de la secuencia con tan pocos huecos como sea posible (refleja mayor relatividad entre las dos secuencias comparadas) consiga una puntuación mayor que una con muchos huecos. Típicamente se utilizan "costes de hueco afines" que cargan un coste relativamente alto a la existencia de un hueco y una penalización más pequeña para cada resto exterior en el hueco. Éste es el sistema de puntuación de huecos utilizado más frecuentemente. Las penalizaciones elevadas de huecos producirán desde luego alineaciones optimizadas con menos huecos. La mayoría de los programas de alineación permiten modificar las penalizaciones por hueco. Sin embargo, es preferible utilizar los valores por defecto cuando se utiliza dicho programa informático para las comparaciones de secuencia. Por ejemplo, cuando se utiliza el paquete GCG Wisconsin Bestfit (véase a continuación) la penalización por huecos por defecto para las secuencias de aminoácidos es -12 para un hueco y -4 para cada ampliación.
El cálculo del % máximo de homología requiere por consiguiente en primer lugar la producción de una alineación óptima, teniendo en consideración las penalizaciones por hueco. Un programa informático adecuado para realizar dicha alineación es el paquete GCG Wisconsin Bestfit (Universidad de Wisconsin, U.S.A.; Devereux et al., 1984, Nucleic Acids Research 12:387). Ejemplos de otro programa informático que puede realizar comparaciones de secuencia incluyen, pero no se limitan al paquete BLAST (véase Ausubel et al., 1999 ibid-capítulo 18), FASTA (Atschul et al., 1990, J. Mol. Biol., 403-410) y el GENEWORKS a continuación de las herramientas de comparación. Tanto BLAST como FASTA están disponibles para la búsqueda fuera de línea y en línea (véase Ausubel et al., 1999 ibid, páginas 7 a 58 a 7 a 60). Sin embargo es preferible utilizar el programa GCG Bestfit.
Aunque el % de homología final puede medirse en términos de identidad, el propio procedimiento de alineación no está basado típicamente en una comparación del par todo o nada. En su lugar, se utiliza generalmente una matriz de puntuación a escala que asigna puntuaciones a cada comparación de pares basándose en la similitud química o en la distancia progresiva. Un ejemplo de dicha matriz utilizada frecuentemente es la matriz BLOSUM62, matriz por defecto para la continuación BLAST de los programas. Los programas GCG Wisconsin utilizan generalmente los valores públicos por defecto o se suministra una tabla de comparación del símbolo habitual (véase el manual del usuario para mayor detalle). Es preferible utilizar los valores públicos por defecto para el paquete GCG o en caso de otro programa, la matriz por defecto, tal como BLOSUM62.
Una vez el programa informático ha producido una alineación óptima, es posible calcular el % de homología, preferentemente el % de identidad de la secuencia. El programa informático típicamente realiza esta operación como parte de la comparación de secuencias y genera un resultado numérico.
La expresión "modificada" en relación con las secuencias de aminoácidos pV adenovírico utilizadas en la presente invención incluye cualquier sustitución, variación, modificación, emplazamiento, eliminación o adición de uno (o más) aminoácidos desde o hasta la secuencia que proporciona la secuencia de aminoácidos resultantes tiene actividad de unión y condensación del ácido nucleico, preferentemente con por lo menos la misma actividad que los polipéptidos no modificados.
Los polipéptidos adenovíricos Mu1 pueden modificarse para su utilización en la presente invención. Típicamente, se realizan modificaciones que mantengan el enlace del ácido nucleico y las propiedades de condensación de la secuencia. Las sustituciones de aminoácidos pueden realizarse, por ejemplo desde 1, 2 ó 3 hasta 10, 20 ó 30 sustituciones con la condición de que la secuencia modificada conserve las propiedades de unión y condensación del ácido nucleico. Las sustituciones de aminoácidos pueden comprender la utilización de análogos no naturales, por ejemplo para aumentar la vida media en el plasma sanguíneo de un polipéptido administrado terapéuticamen-
te.
En particular, puede ser deseable realizar sustituciones de aminoácidos para aumentar la carga neta positiva, a pH fisiológico, de un polipéptido con empaquetamiento adenovírico Mu1 natural. Los aminoácidos con carga positiva comprenden arginina, lisina e histidina. La arginina es la que tiene más carga de los aminoácidos naturales y se prefiere particularmente.
\newpage
ALIFÁTICO Apolar G A P
I L V
Polar sin carga C S T M
N Q
Polar con carga D E
K R
AROMÁTICO H F W Y
\vskip1.000000\baselineskip
Pueden realizarse sustituciones conservadoras, por ejemplo según la Tabla anterior. Los aminoácidos en el mismo bloque de la segunda columna y preferentemente en la misma línea en la tercera columna pueden sustituirse entre
sí:
Para su utilización en la invención los polipéptidos pueden prepararse mediante medios recombinantes, por ejemplo como los descritos a continuación. Sin embargo pueden también prepararse mediante medios sintéticos utilizando técnicas bien conocidas por los expertos tales como la síntesis en fase sólida. Los polipéptidos para su utilización en la invención pueden producirse asimismo en forma de proteínas de fusión, por ejemplo para ayudar a la extracción y purificación. Ejemplos de acompañantes de la proteína de fusión comprenden la glutatión-S-transferasa (GST), 6xHis, GAL4 (dominios de unión y activación de la transcripción del ADN) y \beta-galactosidasa. También puede ser conveniente incluir una secuencia de escisión proteolítica entre el acompañante de la proteína de fusión y la secuencia proteica de interés que permita la eliminación de secuencias de la proteína de fusión. Preferentemente el acompañante de la proteína de fusión no impide la actividad biológica de la proteína de la secuencia de interés.
Para su utilización en la invención los polipéptidos pueden estar en forma sustancialmente aislada. Debe entenderse que los polipéptidos pueden mezclarse con portadores o diluyentes que no interfieran con la finalidad deseada de los polipéptidos y se considerarán todavía sustancialmente aislados. Los polipéptidos pueden asimismo estar en forma sustancialmente purificada, en cuyo caso generalmente más del 90%, p. ej. el 95%, 98% o 99% de la proteína en la preparación comprende polipéptidos para su utilización en la invención.
2. Polipéptidos que comprenden secuencias de localización nuclear
En una forma de realización preferida, el vector/complejo para administración de la invención comprende además un polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS). En general las NLS son bien conocidas en la materia (véase, por ejemplo, Dingwall y Laskey, 1991, Trends. Biochem. Sci. 16:478-481). Sin embargo, se prefiere particularmente utilizar la NLS de la proteína pV del núcleo del adenovirus. La NLS del pV presenta la secuencia RPRRRATTRRRTTTGTRRRRRRR (SEC. ID nº: 2) correspondiente a los aminoácidos 315 a 337 (propuesta por D. Matthews). Una NLS adicional se presenta en el terminal N (KPRKLKRVKKKKK - SEC. ID nº: 3), aunque es preferible la NLS del terminal C.
La NLS puede estar presente en una molécula de polipéptido independiente para el polipéptido de empaquetamiento o como parte de la misma cadena polipeptídica, por ejemplo en una proteína de fusión.
B. Secuencias de ácido nucleico de interés
Las secuencias de ácido nucleico de interés (NOI) que se desea administrar a las células que utilizan el vector o complejo para la administración de la invención pueden comprender ADN o ARN. Estos pueden ser de una sola cadena o de doble cadena. Pueden ser también polinucleótidos que incluyan en su interior nucleótidos sintéticos o modificados. Numerosos tipos diferentes de modificación a oligonucleótidos son conocidos en la materia. Estos incluyen ejes centrales de metilfosfonato y de fosforotioato, adición de cadenas de acridina o polilisina y los extremos 3' y/o 5' de la molécula. Para los objetivos de la presente invención debe entenderse que los polinucleótidos descritos en la presente invención pueden modificarse mediante cualquier método disponible en la materia. Dichas modificaciones pueden realizarse a fin de aumentar la actividad in vivo o el tiempo de vida de los NOI.
El NOI comprende típicamente un gen heterólogo. La expresión "gen heterólogo" comprende cualquier gen. El gen heterólogo puede ser cualquier variante alélica de un gen natural, o puede ser un gen mutante. El término "gen" se pretende que comprenda las secuencias de ácido nucleico que son capaces de ser transcritas como mínimo. Por lo tanto, las secuencias que codifican el ARNm, ARNt y ARNr, así como los montajes de la cadena complementaria, están incluidos en esta definición. Los ácidos nucleicos pueden ser, por ejemplo, el ácido ribonucleico (ARN) o el ácido desoxirribonucleico (ADN) o análogos de los mismos. Las secuencias que codifican el ARNm incluirán opcionalmente alguna o todas las secuencias 5' y/o 3' transcritas pero adyacentes no traducidas de forma natural o de otro modo, asociadas a la secuencia de codificación traducida. Opcionalmente pueden incluir además las secuencias asociadas de control de la transcripción normalmente asociadas a las secuencias transcritas, por ejemplo las señales de terminación de la transcripción, las secuencias de poliadenilación y los elementos potenciadores corriente abajo.
La secuencia transcrita del gen heterólogo está con preferencia ligada funcionalmente a una secuencia de control que permite la expresión del gen heterólogo en las células de mamífero, preferentemente neuronas, tales como las células del sistema nervioso central y periférico, células cancerosas o epiteliales. La expresión "ligado operativamente" se refiere a una yuxtaposición en la que los componentes descritos están en una relación que les permite actuar de la manera deseada. Una secuencia de control "ligada funcionalmente" a una secuencia de codificación está ligada de tal manera que la expresión de la secuencia de codificación se consigue en condiciones compatibles con la secuencia de control.
La secuencia de control comprende un activador que permite la expresión del gen heterólogo y una señal para la terminación de la transcripción. El activador se selecciona de entre los activadores que son funcionales en mamíferos, preferentemente células humanas. El activador puede proceder de secuencias activadoras de genes eucarióticos. Por ejemplo, puede ser un activador derivado del genoma de una célula en la que la expresión del gen heterólogo debe de tener lugar, preferentemente una célula del sistema nervioso central o periférico del mamífero. Con respecto a los activadores eucarióticos, pueden ser activadores que funcionan de manera omnipresente (tales como los activadores de \beta-actina, tubulina) o, alternativamente, de manera específica del tejido (tales como los activadores de los genes para la piruvato cinasa). Pueden además ser activadores que respondan a estímulos específicos, por ejemplo, activadores que se unan a receptores de hormonas esteroides. Pueden utilizarse también activadores víricos, por ejemplo el activador o activadores con repetición de la terminal larga del virus de la leucemia murina de Moloney (MMLV LTR) o activadores de los genes del virus del herpes.
También pueden presentar ventajas los activadores que sean inducibles de modo que los niveles de expresión del gen heterólogo puedan regularse durante el tiempo de vida de la célula. Inducible significa que los niveles de expresión obtenidos que utiliza el activador pueden ser regulados.
Además, cualquiera de estos activadores puede ser modificado mediante la adición de más secuencias reguladoras, por ejemplo secuencias potenciadoras. Pueden utilizarse también activadores híbridos que contienen elementos de la secuencia de dos o más activadores diferentes descritos anteriormente. Además, puede ser deseable la utilización de zonas de control del locus (LCR).
El gen heterólogo codificará de manera típica un polipéptido de utilización terapéutica. Según la presente invención, las secuencias del NOI adecuadas incluyen las que son de aplicación terapéutica y/o en diagnóstico tales como, pero no limitadas a: las secuencias que codifican citocinas, quimiocinas, hormonas, anticuerpos, moléculas de tipo inmunoglobulina modificadas genéticamente, un anticuerpo de cadena única, proteínas de fusión, enzimas, moléculas coestimulantes inmunitarias, moléculas inmunomoduladoras, ARN de cadena complementaria, un mutante negativo transdominante de una proteína diana, una toxina, una toxina condicional, un antígeno, una proteína supresora del tumor y factores de crecimiento, proteínas de la membrana, proteínas vasoactivas y péptidos, proteínas antivíricas y ribozimas, y derivados de éstos (tales como con un grupo indicador asociado).
Ejemplos de polipéptidos de utilización terapéutica incluyen los factores neurótrofos tales como el factor de crecimiento de nervios (NGF), el factor neurótrofo ciliar (CNTF), el factor neurótrofo derivado del cerebro (BNTF) y neurotrofinas (tales como NT-3 y NT-4/5) que presentan potencial como agente terapéutico para el tratamiento de trastornos neurológicos tal como la enfermedad de Parkinson.
Los NOI adecuados para su utilización en la presente invención en el tratamiento o profilaxis del cáncer incluyen los NOI que codifican proteínas las cuales: destruyen la célula diana (por ejemplo una toxina ribosómica), actúan como: supresores tumorales (tal como p53 natural); activadores de mecanismos inmunitarios antitumorales (tales como citocinas, moléculas coestimulantes e inmunoglobulinas); inhibidores de angiogénesis; o que proporcionan sensibilidad farmacéutica aumentada (tales como las enzimas de activación de profármacos); indirectamente estimulan la destrucción de la célula diana mediante células efectoras naturales (por ejemplo, antígeno fuerte para estimular el sistema inmunitario o convertir una sustancia precursora en una sustancia tóxica que destruye la célula diana (por ejemplo una enzima que activa el profármaco). Las proteínas codificadas podrían destruir también células tumorales transitorias (p. ej. una enzima que activa un profármaco a un fármaco difusible).
Pueden utilizarse los NOI que codifican transcritos de cadena complementaria o ribozimas que interfieren con la expresión de los genes celulares o patógenos, por ejemplo, con expresión de genes celulares para la coexistencia del tumor (por ejemplo contra transcritos myc aberrantes en el linfoma de Burkitts o contra transcritos bcr-abi en la leucemia mieloide crónica. También está prevista la utilización de combinaciones de dichos NOI.
En lugar, o además de, estar selectivamente expresadas en los tejidos diana, el NOI o los NOI puede(n) codificar una enzima o enzimas para activación del profármaco que no presentan un efecto significativo ni ningún efecto perjudicial hasta que el individuo se trate con uno o más profármacos en los que actúa la enzima o enzimas. En presencia del NOI activo, el tratamiento de un individuo con el profármaco apropiado conduce al aumento de la reducción en desarrollo o la supervivencia del tumor.
Puede administrarse una enzima activadora del profármaco a un punto del tumor para el tratamiento de un cáncer. En cada caso, se utiliza el profármaco adecuado en el tratamiento del paciente en combinación con la enzima activadora del profármaco apropiada. Se administra un profármaco apropiado junto con el vector. Ejemplos de profármacos incluyen: fosfato de etopósido (con fosfatasa alcalina); 5-fluorocitosina (con citosina desaminasa); doxorrubicin-N-p-hidroxifenoxiacetamida (con penicilin-V-amidasa); glutamato de para-N-bis(2-cloroetil) aminobenzoílo (con carboxipeptidasa G2); carbamatos de mostaza de nitrógeno con cefalosporina (con \beta-lactamasa); SR4233 (con P450 reductasa); ganciclovir (con HSV timidina cinasa); profármacos de mostaza con nitrorreductasa y ciclofosfamida (con P450).
Ejemplos de enzimas de activación de profármacos adecuadas para su utilización en la invención incluyen una timidina fosforilasa que activa los profármacos de 5-fluoro-uracilo, capcelabina y fortulón; la timidina cinasa del virus del herpes simple que activa ganciclovir; un citocromo P450 que activa un profármaco tal como ciclofosfamida a un agente que causa daño al ADN; y la citosina desaminasa que activa la 5-fluorocitosina. Preferentemente se utiliza una enzima de origen humano.
Los NOI pueden codificar asimismo polipéptidos antigénicos para su utilización como vacunas. Preferentemente dichos polipéptidos antigénicos proceden de organismos patógenos, por ejemplo bacterias o virus. Ejemplos de dichos polipéptidos antigénicos incluyen los antígenos del virus de la hepatitis B, antígenos de superficie o del núcleo de la hepatitis B, antígenos del VIH, la toxina de la tos ferina, la toxina del cólera o la toxina de la difteria.
Los NOI pueden incluir también genes marcadores (por ejemplo que codifican la \beta-galactosidasa o la proteína verde fluorescente) o los genes cuyos productos regulan la expresión de otros genes (por ejemplo, factores reguladores de la transcripción).
Cuando una enfermedad es producida por un gen defectuoso, pueden administrarse los NOI que codifiquen un alelo totalmente operativo del gen, tal como en el caso de la fibrosis quística. Se han identificado las bases moleculares para una variedad de trastornos genéticos y se han clonado las secuencias operativas naturales. Puede ser deseable incluir en el NOI las secuencias adyacentes al gen terapéutico que son homólogas a las correspondientes secuencias adyacentes en el genoma para permitir la sustitución del gen defectuoso mediante recombinación homó-
loga.
La terapia génica y otras aplicaciones terapéuticas pueden requerir bien la administración de genes múltiples. La expresión de genes múltiples puede ser ventajosa para el tratamiento de una variedad de enfermedades. Ya que no existe ninguna limitación en el tamaño del NOI que pueda incorporarse a un vector o complejo de administración de la invención, sería posible dirigir las células con genes múltiples simultáneamente.
C. Lípidos catiónicos
Una variedad de lípidos catiónicos es conocida en la materia (véase por ejemplo el documento WO 95/02698, cuya exposición se incorpora a la presente memoria en su totalidad como referencia, algunos de los cuales se reproducen a continuación. Ejemplos de estructuras de lípidos catiónicos útiles en la presente invención se proporcionan en la Tabla 1 del documento WO 95/02698. Generalmente, cualquier lípido catiónico, ya sea monovalente o polivalente, puede utilizarse en las composiciones y métodos de la presente invención. Generalmente se prefieren lípidos catiónicos polivalentes. Los lípidos catiónicos incluyen éteres de alquilo y alicíclicos saturados e insaturados y ésteres de aminas, amidas o derivados de éstos. Los grupos alquilo y alqueno de cadena lineal y ramificada de lípidos catiónicos pueden contener de 1 a aproximadamente 25 átomos de carbono. Los grupos alquilo o alqueno de cadena lineal o ramificada preferidos tienen seis o más átomos de carbono. Los grupos alicíclicos pueden contener desde aproximadamente 6 hasta 30 átomos de carbono. Los grupos alicíclicos preferidos comprenden colesterol y otros grupos esteroides. Los lípidos catiónicos pueden prepararse con una variedad de contraiones (aniones) que comprenden entre otros: cloruro, bromuro, yoduro, fluoruro, acetato, trifluoroacetato, sulfato, nitrito y nitrato.
Como lípidos catiónicos muy conocidos está el cloruro de N-[1-(2,3-dioleiloxi)propil]-N,N,N-trimetilamonio
(DOTMA).
El DOTMA y el diéster análogo DOTAP (1,2-bis(oleiloxi)-3(trimetilamonio)propano), están disponibles en el mercado. Lípidos catiónicos adicionales relacionados estructuralmente con DOTMA se describen en la patente U.S. nº 4.897.355, que se incorpora a la presente memoria como referencia.
Otro grupo útil de lípidos catiónicos relacionados con DOTMA y DOTAP se denominan normalmente éteres de DORI o ésteres de DORI. Los lípidos de DORI se diferencian de DOTMA y de DOTAP en que uno de los grupos metilo del grupo trimetilamonio está sustituido por un grupo hidroxietilo. Los grupos oleoílo de los lípidos DORI pueden sustituirse por otros grupos alquilo o alqueno, tales como los grupos palmitoílo o estearoílo. El grupo hidroxilo de los lípidos de tipo DORI puede utilizarse como una secuencia para funcionalización adicional, por ejemplo para la esterificación a aminas, como la carboxiespennina.
Los lípidos catiónicos adicionales que pueden emplearse en los vectores o complejos de administración de la presente invención incluyen los descritos en el documento WO 91/15501 como útiles para la transfección de células.
Los derivados catiónicos de esterol, como 3\beta[N-(N'-N'-dimetilaminoetano)carbamoíl]-colesterol (DC-Chol) en los que el colesterol está unido a un grupo trialquilamonio, pueden utilizarse en la presente invención. Se informa que DC-Chol proporciona una transfección más eficaz y menor toxicidad que los liposomas que contienen DOTMA para algunas líneas celulares. También pueden utilizarse las variantes de poliamina DC-Chol tales como las descritas en el documento WO 97/45442.
Los lípidos policatiónicos que contienen carboxiespermina son también útiles en los vectores o complejos de administración de la presente invención. El documento EP-A-304111 describe la carboxiespermina que contiene lípidos catiónicos que incluye la 5-carboxiespermilglicina dioctadecil-amida (DOGS) y la dipalmitoílfosfatidiletanolamina 5-carboxiespermilamida (DPPES). Pueden obtenerse lípidos catiónicos adicionales sustituyendo los grupos octadecilo y palmitoílo de la DOGS y DPPES, respectivamente, por otros grupos alquilo o alqueno.
En los vectores o complejos de administración de la invención los lípidos catiónicos pueden opcionalmente combinarse con colípidos no catiónicos, preferentemente lípidos neutros, para formar liposomas o agregados de lípidos. Los lípidos neutros útiles en la presente invención comprenden, entre muchos otros: lecitinas; fosfatidiletanolaminas, tales como DOPE (dioleoil fosfatidiletanolamina), POPE (palmitoiloleoilfosfatidiletanolamina) y DSPE (diasteroilfosfatidiletanolamina); fosfatidilcolina; fosfatidilcolinas, tales como DOPC (dioleil fosfatidilcolina), DPPC (dipalmitoilfosfatidilcolina), POPC (palmitoiloleil fosfatidilcolina) y DSPC (diasteroilfosfatidilcolina); fosfatidilglicerol; fosfatidilgliceroles, tales como DOPG (dioleilfosfatidilglicerol), DPPG (dipalmitoilfosfatidilglicerol) y DSPG(diasteroilfosfatidilglicerol); fosfatidilserinas, tales como dioleil- o dipalmitoilfosfatidilserina; difosfatidilgliceroles; ésteres de ácido graso; ésteres de glicerol; esfingolípidos; carbolipina; cerebrósidos y ceramidas; y mezclas de éstos. Los lípidos neutros comprenden también colesterol y otros 3DOH esteroles.
Además en el vector o complejos para administración de la invención pueden incorporarse opcionalmente uno o más compuestos anfífilos para modificar su propiedad superficial. Los compuestos anfífilos útiles en la presente invención comprenden, entre muchos otros; neoglucolípidos tales como GLU4 y GLU7 mostrados en la Figura 22, polietilenglucolípidos tales como N-(\omega-metoxi(polioxietileno)oxicarbonil)fosfatidiletanolamina, N-monometoxi(polioxietileno)succinilfosfatidiletanolamina y éter colesterílico de polioxietileno; detergentes no iónicos tales como alquilglucósidos, alquil metil glucamidas, ésteres de sacarosa, éteres de alquil poliglicerol, éteres de alquil polioxietileno y éteres de alquil sorbitán oxietileno y éteres de oxietileno estereoideos; copolímeros de bloque tal como los copolímeros del bloque polioxietileno polioxipropileno.
En un aspecto el lípido catiónico de la presente invención está modificado con un resto de azúcar o con un resto de polietilenglicol (PEG). En un aspecto adicional el complejo de la invención comprende además un compuesto capaz de actuar como lípido catiónico, comprendiendo el compuesto un grupo colesterol que tiene unido a éste mediante un grupo amino, un grupo azúcar o un resto de polietilenglicol. Como se demostró en los Ejemplos, los solicitantes han descubierto dichos lípidos catiónicos modificados con azúcar/PEG que son particularmente ventajosos. Por lo tanto en un aspecto adicional la presente invención proporciona un compuesto capaz de actuar como lípido catiónico, comprendiendo el compuesto un grupo colesterol que tiene unido a éste mediante un grupo amina, un resto de azúcar o un resto de polietilenglicol. Preferentemente el compuesto comprende de 1 a 7 restos de azúcar o grupos de polietilenglicol. El compuesto puede comprender una mezcla de restos de azúcar y de restos de polietilenglicol. Preferentemente el resto de azúcar es o procede de la glucosa o de la D-glucosa.
D. Complejos catiónicos de lípido/NOI/polipéptido con empaquetamiento
El vector/complejo para administración de la presente invención se prepara típicamente poniendo en contacto en primer lugar un polipéptido con empaquetamiento adenovírico Mu1 y un NOI en un tubo esterilizado durante aproximadamente 10 min. a temperatura ambiente, produciendo un complejo polipéptido/NOI condensado. Una técnica frecuente consiste en salpicar el ácido nucleico y la proteína uno al lado del otro en el tubo, pero no en contacto y empezar a mezclar añadiendo unos pocos cientos de microlitros de un portador líquido, tal como un portador, excipiente o diluyente farmacéuticamente aceptable.
Un método adicional y preferido para la preparación de un vector/complejo para administración de la presente invención consiste en poner en contacto un polipéptido de empaquetamiento adenovírico Mu1 y un NOI durante la agitación continua.
Se utiliza típicamente una relación de NOI a polipéptido por lo menos de 1:1, preferentemente de 1:1 a 2:1, más preferentemente de 1,4:1 a 1,9:1, más preferentemente de 1,5:1 a 1,8:1. Los solicitantes han descubierto una relación de NOI a polipéptido de aproximadamente 1:0,6 (\sim1,7:1) que es particularmente eficaz. En algunos aspectos, se utiliza típicamente una relación de polipéptido a NOI de 0,2 a 1,5, preferentemente de 0,3 a 1,2 (p/p), más preferentemente de 0,5 a 0,7. En otras formas de realización, típicamente la relación de polipéptido a NOI es de por lo menos 10:1 o de por lo menos 20:1 (p/p). Sin embargo la relación óptima puede depender de la relación carga:aminoácido del polipéptido de empaquetamiento adenovírico Mu1. Generalmente, cuanto menor es la relación carga:aminoácido, mayor es la relación polipéptido:NOI utilizada.
A continuación, se añaden al complejo los lípidos catiónicos. En una forma de realización los lípidos catiónicos pueden formar parte de un liposoma formado previamente que comprende dos o más constituyentes lipídicos, tales como DC-Chol y DOPE. Los lípidos catiónicos se incuban típicamente con el complejo polipéptido/NOI durante aproximadamente 20 min. a temperatura ambiente. Un método adicional y preferido de añadir los lípidos catiónicos es en forma de suspensión catiónica de liposomas. Este complejo final puede almacenarse a aproximadamente -80ºC con la adición de sacarosa al 10% (p/v) hasta su utilización.
La cantidad de liposoma a NOI es típicamente del orden de desde 3:1 hasta 20:1, preferentemente de 6:1 a 15:1, más preferentemente de 8:1 a 14:1. Los solicitantes han descubierto una relación de liposomas a NOI de 12:1 que es particularmente eficaz. En otras formas de realización la cantidad de liposoma a NOI es típicamente del orden de 2:1 a 10:1 o de 3:1 a 6:1. Cuando se utilizan lípidos catiónicos con lípidos neutros, la relación es típicamente del orden de 1:1.
En una forma de realización muy preferida la relación
\hskip2cm liposoma: NOI: polipéptido
es 3-20: 1: 0,5-1
preferentemente 8-14: 1: 0,5-0,7
más preferentemente \sim12: 1: \sim0,6
El vector/complejo para administración es ahora fácil de utilizar. Aunque se prefiere mezclar los diversos componentes en el orden descrito anteriormente, es posible combinar los componentes en cualquier orden. Cuando deban añadirse más componentes polipeptídicos, pueden añadirse en cualquier fase pero preferentemente junto con el polipéptido de empaquetamiento adenovírico Mu1.
Puede ser deseable incluir otros componentes dentro de los vectores/complejos, por ejemplo los ligandos que se unen a los receptores de la superficie celular, para proporcionar vectores/complejos con un grado de selectividad para el tipo de célula. Los ligandos incluyen péptidos, glucoproteínas, oligosacáridos, lectinas y anticuerpos y fragmentos de éstos.
E. Administración
El vector/complejo para administración de la invención está preferentemente combinado con un portador o diluyente farmacéuticamente aceptable para producir una composición farmacéutica (que puede ser para uso humano o animal). Los portadores y diluyentes adecuados incluyen soluciones salinas isotónicas, por ejemplo solución salina tamponada con fosfato. La composición de la invención puede administrarse por inyección directa. La composición puede formularse para administración parenteral, intramuscular, intravenosa, subcutánea, intraocular o transdérmica o inhalación. Típicamente, cada NOI puede administrarse a una dosis de 10 ng a 10 \mug/kg de peso corporal, preferentemente de 0,1 a 10 \mug/kg, más preferentemente de 0,1 a 1 \mug/kg de peso corporal.
Como alternativa, la transfección de células del paciente puede realizarse ex vivo mediante la eliminación del tejido del paciente, la transfección utilizando un vector/complejo para administración de la invención, seguida de reimplantación del tejido transfectado.
Las vías de administración y las dosis descritas pretenden ser solamente una pauta ya que un experto en la materia será capaz de determinar fácilmente la vía óptima de administración y la dosis para cualquier paciente y enfermedad concretos.
F. Utilizaciones
Los vectores/complejos para la administración en la presente invención pueden utilizarse para transfectar eficazmente células eucarióticas, en particular células de mamífero con NOI. Los vectores/complejos para administración han demostrado ser particularmente eficaces en comparación con las composiciones de la técnica anterior en la transfección de las neuronas. Esto tiene implicaciones específicas para (i) investigar dónde se utilizan las neuronas y (ii) las aplicaciones en las que se desea introducir los NOI en las células del sistema nervioso central o periférico de un hombre o animal. Más generalmente, los vectores/complejos para administración en la presente invención pueden utilizarse en una variedad de aplicaciones de administración de NOI tal como en terapia génica, administración de vacunas de ADN y estudios de transfección in vitro.
Ejemplos de enfermedades que pueden dirigirse para su tratamiento utilizando complejos/vectores de la invención incluyen las enfermedades del sistema nervioso periférico central tales como las enfermedades neurodegenerativas y la lesión al tejido nervioso como resultado de heridas/traumatismo (incluyendo el ictus). En particular, las enfermedades neurodegenerativas incluyen la enfermedad de las neuronas motrices, varias enfermedades hereditarias, tales como la disautonomía familiar y la atrofia muscular vertebral infantil y las enfermedades neurodegenerativas de comienzo tardío tales como las enfermedades de Parkinson y de Alzheimer.
Los vectores/complejos para administración de la invención pueden utilizarse también para administrar genes terapéuticos a un paciente que padece de cáncer. Ejemplos de cánceres que pueden ser dirigidos para su tratamiento incluyen el cáncer de mama, de cuello uterino, de colon, de recto, de endometrio, de riñón, de pulmón, de ovario, de páncreas, de próstata, de piel, de estómago, de vejiga, del SNC, del esófago, de cabeza o cuello, de hígado, de testículos, de timo o de tiroides. Los cánceres de células sanguíneas, de células de médula ósea, linfocitos B, linfocitos T, precursores linfocíticos o precursores de células mieloides pueden también ser dirigidos para su tratamiento.
El tumor puede ser un tumor sólido o un tumor no sólido y puede ser un tumor primario o un tumor metastásico diseminado (secundario). Los tumores no sólidos incluyen el mieloma, leucemia (aguda o crónica, linfocítica o mielocítica) tal como la eritroleucemia mieloblástica aguda, promielocítica aguda, mielomonocítica aguda, monocítica aguda; y linfomas tales como el de Hodgkin, no hodgkiniano y de Burkitt. Los tumores sólidos incluyen el carcinoma, carcinoma de colon, carcinoma microcítico del pulmón, carcinoma no microcítico de pulmón, adenocarcinoma, melanoma, carcinoma de células basales o escamosas, mesotelioma, adenocarcinoma, neuroblastoma, glioma, astrocitoma, meduloblastoma, retinoblastoma, sarcoma, osteosarcoma, rabdomiosarcoma, fibrosarcoma, sarcoma osteógeno, hepatoma y seminoma.
Otras enfermedades de interés incluyen las enfermedades producidas por mutaciones, hereditarias o somáticas, en los genes celulares normales, tal como la fibrosis quística, talasemias y similares.
Otras áreas de interés incluyen el tratamiento de los trastornos inmunorrelacionados tales como el rechazo del trasplante de órganos y las enfermedades autoinmunitarias. El espectro de las enfermedades autoinmunitarias va desde las enfermedades específicas del órgano (tales como la tiroiditis, insulitis, esclerosis múltiple, iridociclitis, uveítis, orquitis, hepatitis, enfermedad de Addison, miastenia grave) a las enfermedades generalizadas tales como la artritis reumatoide y otros trastornos reumáticos o el lupus eritematoso. Otros trastornos incluyen la hiperreactividad inmunitaria, tales como las reacciones alérgicas, en particular la reacción asociada con la producción de histamina, y el asma.
La presente invención se ilustrará a continuación mediante de los siguientes ejemplos que son únicamente ilustrativos y no limitativos.
Descripción de las figuras
La Figura 1 representa una placa;
la Figura 2 representa un gráfico;
la Figura 3 representa una placa;
la Figura 4 representa un gráfico;
la Figura 5 representa un gráfico;
la Figura 6 representa un gráfico;
la Figura 7 representa un gráfico;
la Figura 8 representa un gráfico;
la Figura 9 representa estructuras;
la Figura 10 representa un gráfico;
la Figura 11 representa un gráfico;
la Figura 12 representa un gráfico;
la Figura 13 representa un gráfico;
la Figura 14 representa un gráfico;
la Figura 15 representa un gráfico;
la Figura 16 representa una placa;
la Figura 17 representa un gráfico;
la Figura 18 representa un gráfico;
la Figura 19 representa una estructura;
la Figura 20 representa un esquema de reacción;
la Figura 21 representa un esquema de reacción;
la Figura 22 representa estructuras;
la Figura 23 representa el principio de incorporación miscelar;
la Figura 24 representa un gráfico; y
la Figura 25 representa un gráfico.
Descripción detallada de las figuras 1 a 6 Figura 1 La proteína Mu1 con núcleo adenovírico es más eficaz en la unión del ADN del plásmido que la proteína Vp1 del núcleo de Poliomavirus
A)
BSA no tiene efecto sobre la movilidad electroforética de pADN. Se incubó un microgramo de pCMV\beta con 0 \mug (banda 2), 5 \mug (banda 3), 10 \mug (banda 4), 15 \mug (banda 5), 20 \mug (banda 6), 25 \mug (banda 7) y 30 \mug (banda 8) de BSA durante 10 minutos a temperatura ambiente en 1\times HBS. Se analizó a continuación la movilidad alterada en muestras en un gel de agarosa al 1%. No se detectó ningún cambio en la movilidad electroforética por BSA.
B)
En contraste con BSA, el péptido Mu1 interfirió drásticamente con la movilidad de pADN. Se incubó pCMV\beta (1 \mug) con 0,25 \mug (banda 2), 0,5 \mug (banda 3), 1 \mug (banda 4), 2 \mug (banda 4), 4 \mug (banda 6), 6 \mug (banda 7) y 0 \mug (banda 8) de péptido Mu1 recombinante como en A. Aunque la relaciones de proteína a pADN de 0,25 (p/p) (banda 2) no alteraron la migración de la forma relajada de pCMV\beta (banda superior) se observó un ligero retardo del pADN superenrollado (banda inferior). Cuando se utilizaron relaciones de 0,5 (p/p) o mayores, sin embargo, la migración de ambas formas de pADN se retardó rigurosamente.
C)
La proteína Vp1 del poliomavirus fue mucho menos eficaz en la prevención de la migración del pADN. Se incubó pCMV\beta (1 \mug) con 2 \mug (banda 2), 4 \mug (banda 3), 6 \mug (banda 4), 8 \mug (banda 5), 16 \mug (banda 6), 32 \mug (banda 7) y 0 \mug (banda 8) Vp1. Sólo las relaciones de 6 o mayores (proteína:pADN, p/p) produjeron un retardo significativo del pADN superenrollado (banda 6, banda inferior). Además, hasta que se utilizó una relación de 32 (p/p) no existió ningún efecto en el pADN relajado (banda 7, banda superior). En todos los geles la banda 1 corresponde al marcador de ADN de 1 Kb (BRL).
Figura 2 Actividad de \beta galactosidasa en células ND7 transfectadas con complejos de pADN-Mu1-liposoma catiónico
Se sembraron células ND7 a una densidad de 5 \times 10^{4} células/pocillo en placas de cultivo de 24 pocillos 24 h. antes de la transfección. Inmediatamente antes de la transfección, las células se lavaron en medio exento de suero. Se formaron complejos incubando pCMV\beta con Mu1 antes de la adición del liposoma catiónico DC-Chol/DOPE. En cada caso, se acomplejó 1 \mug de pCMV\beta con 0,6, 6, 12 y 21 \mug de péptido Mu1. Cada una de estas combinaciones se acomplejó a continuación con 3, 4 y 6 \mug de DC-Chol/DOPE. Las células ND7 se expusieron a complejos de transfección durante 2 horas, a continuación se mantuvieron a 37ºC, CO_{2} al 5% durante otras 24 h. antes de recogerse y procesarse para el ensayo de la enzima \beta-galactosidasa. Los números representan medias \pm SD, n=3.
Figura 3 Mu1 aumenta la eficacia de la transfección mediada por liposomas catiónicos en la línea celular ND7 neuronal
Se colocaron neuronas ND7 en placas de cultivo de 24 pocillos a una densidad de 4 \times 10^{4} células/pocillo y se las dejó desarrollar durante 24 h. Las neuronas ND7 no diferenciadas se transfectaron a continuación con pCMVb solo (A), pCMVb acomplejado con DC-Chol/DOPE (1/3, p/p) (B) o con pCMVb acomplejado con Mu1 y DC-Chol/DOPE (1/12/6) (C). Cuarenta y ocho horas después las células se fijaron y se procesaron para la detección histoquímica de X-Gal. Como se puede apreciar en el panel C la inclusión de Mu1 en el complejo en una relación óptima aumentó significativamente el número de células positivas a X-Gal (azules).
Figura 4 Mu1 es más eficaz en potenciar las transfecciones mediadas por liposomas catiónicos en células ND7 que en Vp1
El ADN del plásmido pCMV\beta se acomplejó con varias cantidades de péptido policatiónico y a continuación se mezcló con liposoma catiónico a una relación de 1:3 (pCMV\beta:liposoma; p/p). Una vez lavadas brevemente en medio exento de suero, las células ND7 se expusieron a complejos liposoma-policatión-liposoma durante dos horas y a continuación se volvieron al medio que contenía el suero. Veinticuatro horas después las células se recogieron y se procesaron para el ensayo de la enzima \beta-galactosidasa. Cada condición se realizó por triplicado y cada experimento se repitió tres veces. Los números representan las medias \pm SD.
Figura 5 Mu1 aumenta la transfección de DC-Chol/DOPE en células COS-7
Se sembraron células COS a una densidad de 60 a 80% de confluencia en placas de cultivo de 24 pocillos 24 h. antes de la transfección. La incubación de pCMV\beta con Mu1 antes de la adicion del liposoma catiónico DC-Chol/DOPE formó complejos capaces de transfección celular. En cada caso se acomplejó 1 \mug de pCMV\beta con 12 \mug de Multipéptido que se había descubierto como óptimo para las células ND7. Los complejos pCMV\beta:Mu1 se mezclaron a continuación con 3, 4 y 6 \mug de DC-Chol/DOPE. Las células COS se expusieron a complejos de transfección durante 2 horas, a continuación se mantuvieron a 37ºC, CO_{2} al 5% durante otras 24 h. antes de recogerse y procesarse para el ensayo con enzima \beta-galactosidasa. Los números representan medias \pm SD, n=3.
Figura 6 Eficacia de transfección en células ND7 diferenciadas con complejos pCMV\beta-Mu1-liposoma catiónico
Se colocaron células ND7 en placas de cultivo de 24 pocillos a una densidad de 4 \times 10^{4} células por pocillo en un medio de cultivo normal (+suero). Veinticuatro horas después el medio se sustituyó por medio de diferenciación y las células se cultivaron durante otras 24 h. Se utilizaron tres medios de diferenciación diferentes; exento de suero
(-suero), medio de crecimiento normal más cAMP 1 mM (cAMP) o suero reducido (0,5%) más cAMP 1 mM y 50 ng/ml de factor de crecimiento de nervios (NGF). Se transfectaron las células a continuación con pCMVb acomplejadas ya sea con DC-Chol/DOPE solo o Mu1 más DC-Chol/DOPE. Cuarenta y ocho horas después las células se fijaron y se procesaron para la histoquímica de X-Gal y se determinó el porcentaje de células positivas. En todos los casos la presencia de Mu1 aumentó el número de células positivas.
Es interesante que el número de células transfectadas fue mayor tanto con como sin Mu1 para las células cultivadas en cAMP.
Ejemplos Materiales y métodos Síntesis de péptidos
Se sintetizaron los péptidos Vp1 y Mu1 en un sintetizador de péptidos en fase sólida PSSM-8 de Shimadzu utilizando un exceso de cinco veces de L-aminoácidos protegidos con (9-fluorenil)metoxicarbonil (Fmoc) (Novabiochem) y los reactivos hexafluorofosfato/hidroxibenzotriazol de 2-(1H-benzotriazol-1-il)-1,1,3,3-tetra-metiluronio (HBTU/HOBt) de FastMoc^{TM} (Advanced Chemtech Europe) como agente de acoplamiento de la amida. Después de la escisión de la resina y de la desprotección, se realizó el desalado por filtración en gel utilizando una columna de P2 Biogel (2 \times 28 cm; Biorad) unida a un sistema FPLC (Amersham Pharmacia Biotech UK) con TFA en solución acuosa al 0,1% como eluyente a un caudal de 0,5 a 0,75 ml/min. La purificación en fase inversa de preparación final se consiguió con una columna Vydac (C18, 5 \mum, 2 \times 25 cm; Hichrom) unida a un sistema HPLC de Wilson (Anachem). Se eluyeron los péptidos a 5 ml/min mediante un gradiente lineal de acetonitrilo en TFA acuoso al 0,1% y se controló la elución entre 220 y 230 nm.
Se preparó el péptido Vp1 utilizando una resina lábil superácida L-Pro-2-clorotritil cargada previamente (Novabiochem) (100 mg, 1,05 mmoles/g, 0,1 mmoles). Se utilizaron periodos de acoplamiento prolongados para incorporar todos los restos de aminoácidos procedentes del sexto (Lys) a todo el resto N-terminal. Después de la desprotección con Fmoc del N-terminal automática con piperidina (20%, v/v) en dimetilformamida, se aisló la resina, se lavó con dimetilformamida (10 ml) y metanol (15 ml) y a continuación se secó al vacío. El péptido en bruto se escindió de la resina utilizando TFA enfriado con hielo (8 ml), que contenía fenol (7%, p/v), etanoditiol (2%, v/v), tioanisol (4%, v/v) y agua (4%, v/v) (conocida como Mezcla A) y a continuación se precipitó con éter metil-terc-butílico (MTBE) enfriado en hielo (30 ml). El sedimento subsiguiente se desaló a continuación y la mezcla de péptidos en bruto se purificó por HPLC en fase inversa. Tras la elución, las fracciones que contenían el péptido deseado (eluyendo con acetonitrilo al 68,5% v/v) se combinaron y liofilizaron para dar el péptido en forma de un polvo blanco. Rendimiento global: 32 mg (15 \mumoles, 15%); MS (MALDI-TOF) C_{85}H_{151}N_{26}O_{26}S_{3}: [M+H]^{+} calculado 2.049,5, obtenido 2.050,2. Se confirmó la secuencia mediante el análisis de la composición y secuencia de aminoácidos. La homogeneidad se consideró >95% por análisis HPLC.
Se preparó el péptido Mu1 utilizando resina Gly-Wang (Novabiochem) (40 mg, 0,67 mmoles/g, 0,03 mmoles). Se utilizaron periodos de acoplamiento normales en todo el proceso. Después de la desprotección con Fmoc N-terminal automática como anteriormente, se aisló la resina y se lavó con diclorometano (20 ml) y metanol (20 ml) tras lo cual se secó la resina al vacío. Se escindió el péptido en bruto de la resina utilizando la Mezcla A (8 ml) y se precipitó con MTBE (30 ml), todo como anteriormente. Por último, la mezcla del péptido en bruto se desaló y purificó por HPLC en fase inversa. Tras la elución, las fracciones que contenian el péptido deseado (eluyendo con acetonitrilo al 17,2%) se combinaron y liofilizaron para dar el péptido en forma de un polvo blanco. Rendimiento total: 65 mg (26 \mumoles, 80%); MS (ES) C_{95}H_{170}N_{52}O_{21}S_{2}: [M+H]^{+} calculado 2.440,7, obtenido 2.440,6. La homogeneidad se estimó >95% por análisis HPLC.
Análisis de fijación del ADN
Se reconstituyeron los péptidos purificados en agua destilada H_{2}O a 3 mg/ml. El péptido y el pADN se acomplejaron en 20 \mul de solución salina tamponada con HEPES (NaCl 137 mM, KCl 5 mM, Na_{2}HPO_{4} 0,75 mM, HEPES 19 mM, pH 7,4) durante 20 minutos a temperatura ambiente. Los complejos péptido:pADN se analizaron posteriormente mediante electroforesis en gel de agarosa (1%). Las incubaciones de referencia para las interacciones del pADN macromolecular generales se realizaron con cantidades variables de albúmina de suero bovino purificada de calidad biología molecular (Sigma).
Cultivos celulares
Las ND7 son una línea celular bien caracterizada procedente de la fusión de un neuroblastoma (N18Tg2) con neuronas sensitivas de rata recién nacida ^{28}. La línea celular se mantuvo en medio de cultivo normal (NGM) (medio L-15 de Leibovitz (BRL) enriquecido con suero de bovino fetal al 10% (BRL), 4 g/l de glucosa, 4 g/l de bicarbonato sódico (BRL), 100 IU/ml de penicilina/estreptomicina (BRL)) a 37ºC y CO_{2} al 5%. Se colocaron las células en placas de 24 pocillos (Costar) a una densidad que produjo confluencia del 70% tras 24 horas.
La diferenciación de las células se realizó utilizando tres métodos descritos anteriormente ^{28,29}. Se sembraron las células ND7 en NGM a una densidad de 4 \times 10^{4} células por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos (Nunc). Veinticuatro horas después se sustituyó el medio con: a) NGM enriquecido con adenosina 3' 1 mM:monofosfato 5'-cíclico (cAMP; Sigma) o b) medio de diferenciación exento de suero (Hams F12 al 50%, DMEM al 50%, 5 \mug/ml de transferrina, 250 ng/ml de insulina, 0,3 \muM de selenito sódico), o c) medio de factor de crecimiento de nervios bajo en suero (NGF) (L-15 enriquecido con glutamina 2 mM, 4 g/l de glucosa, 4 g/l de bicarbonato sódico, 10 \mu/ml de penicilina, 10 g/ml de estreptomicina, FCS al 0,5%, AMPc 1 mM, 50 ng/ml de NGF (Alomone Labs)). Se cultivaron células diferenciadas ND7 en medio apropiado durante 24 h. a 37ºC, CO_{2} al 5% antes de la transfección.
Se cultivaron células COS-7 (procedentes del riñón del mono verde) en medio RPMI 1640 (BRL) enriquecido con suero bovino fetal al 10% (BRL) y 100 IU/ml de penicilina/estreptomicina (BRL).
Montajes de plásmidos
Todas las transfecciones utilizaron el plásmido indicador pCMV\beta (Clontech, Palo Alto, CA) que contenían la secuencia completa de \beta-galactosidasa de E. coli corriente abajo del activador/potenciador inmediato-precursor del citomegalovirus humano (Clontech). Se prepararon soluciones madre del ADN del plásmido utilizando técnicas de clonación molecular habituales y se purificaron utilizando el sistema Qiagen de purificación de plásmidos exento de endotoxina (Qiagen, Dorking, UK).
Liposomas
Se prepararon liposomas DC-Chol/DOPE como se describió anteriormente ^{30,31}. En resumen, se añadieron 6 \mumoles de DC-Chol y 4 \mumoles de DOPE (suministrado en 10 mg/ml en CHCl_{3}) a CH_{2}Cl_{2} recién destilado (5 ml) en nitrógeno. Se añadieron 5 ml de Hepes 20 mM (pH 7,8) a la mezcla y dicha mezcla se trató con ultrasonidos durante 3 minutos. Se eliminaron los disolventes orgánicos a presión reducida y la suspensión de liposomas resultante se trató con ultrasonidos a continuación durante 3 minutos más. Las preparaciones de liposomas se almacenaron a
4ºC.
Protocolo de transfección
Dado que los experimentos iniciales determinaron que la presencia de suero bovino fetal inhibía la transfección de las células ND7 se utilizó medio de diferenciación exento de suero en todas las transfecciones. Se colocaron varias cantidades de ADN y liposomas en el fondo de un recipiente Bijou esterilizado de 7 ml (Bibby Sterilin Ltd., Staffordshire, U.K.), pero no en contacto entre sí.
Se combinaron el ADN y los liposomas mediante la adición de 400 \mul de medio de diferenciación exento de suero y se agitó suavemente. Se incubó la mezcla ADN/liposomas a temperatura ambiente durante 20 a 30 minutos antes de ser aplicada a las células. La mezcla ADN/liposomas se aplicó a continuación a las células y se incubó a 37ºC, CO_{2} al 5% durante 2 horas después de las cuales este medio se sustituyó por un medio completo. Veinticuatro a 48 horas después las células se fijaron y procesaron para la histoquímica de X-gal como se describe ^{31} o se recogieron para el análisis con enzima \beta-galactosidasa (Promega Corp.).
Se realizaron los recuentos de células a una ampliación \times40 utilizando un microscopio invertido Nikon Diaphot. Se repitió cada transfección por lo menos tres veces y se realizaron por lo menos tres recuentos por separado en cada pocillo.
Los complejos de transfección incluyendo los péptidos de la prueba se generaron de la manera siguiente. Se colocaron varias cantidades de péptido en el fondo de recipientes de poliestireno esterilizados al lado, pero no en contacto con 1 \mug de pCMV\beta y se mezclaron añadiendo 400 \mul de medio NGM exento de suero. Se incubaron los complejos a temperatura ambiente durante 10 minutos tras los cuales se añadió DC-Chol/DOPE. El complejo pADN/péptido/liposoma se incubó más a temperatura ambiente durante 20 minutos y a continuación se administró a las células como anteriormente.
Ejemplo 1 Comparación de la capacidad de unión del ADN de Mu1 y Vp1
Mu1 es un péptido policatiónico compuesto de 19 aminoácidos asociados al complejo del núcleo del Adenovirus (Tabla 1) ^{27, 32}. Los solicitantes compararon la capacidad de fijación al ADN de Mu1 con la proteína Vp1 del cápsido principal del poliomavirus de ratón por interacción con el ADN del plásmido en un ensayo de retardo en gel. Vp1 es un péptido de 19 aminoácidos que contiene una señal de localización nuclear ^{26} y contiene menos aminoácidos cargados positivamente que Mu1. Se predijo por consiguiente que tiene una capacidad menor de fijación del ADN.
TABLA 1 Secuencias de las proteínas Mu1 y VP1
Polipéptido Secuencia PM Carga/relación
AA
Mu1 NH_{2}-Met-Arg-Arg-Ala-His-His-Arg-Arg-Arg-Arg-Ala-Ser-His-Arg-Arg-Met-Arg-Gly-Gly-OH 2.440 0,63
VP1 NH_{2}-Met-Ala-Pro-Lys-Arg-Lys-Ser-Gly-Val-Ser-Lys-Cys-Glu-Thr-Lys-Cys-Thr-Pro-Pro-OH 2.049 0,26
La secuencia NLS en VP1 está subrayada.
Se incubaron cantidades variables de péptido purificado a temperatura ambiente en HBS durante aproximadamente 10 minutos y a continuación se analizaron mediante electroforesis en gel de agarosa. Sin la adición de péptido, el ADN del plásmido (pADN) circular superenrollado y relajado migró de la manera esperada (Figura 1, banda 8).
Comenzando en una relación ADN:péptido de Mu1 de 1:0,25 (p/p) se retardó la migración del ADN del plásmido (Figura 1). La migración del ADN del plásmido fue afectada ligeramente en las relaciones 1:0,25 (p/p), pero a una relación de 1:0,5 (p/p) la migración del ADN del plásmido se redujo seriamente y se condujo muy poco para migrar fuera de los pocillos. Para relaciones de 2:1 y por encima el pADN no pudo migrar en el gel de agarosa y se redujo la capacidad del bromuro de etidio para interquelarse en el plásmido. En cambio con Mu1, no se detectó ningún efecto sobre la movilidad electroforética del ADN del plásmido con Vp1 para relaciones pADN:proteína mayores de 1:8 (p/p) (Figura 1). La adición de 8 \mug de Vp1 a 1 \mug de ADN del plásmido produjo un ensanchamiento de la banda del pADN superenrollado. Sin embargo, no se apreció ningún efecto en la banda del pADN relajado con Vp1 hasta que se utilizó una relación pADN:proteína de 1:32 (p/p). A esta relación, las bandas de pADN tanto superenrolladas como relajadas se retardaron de forma significativa y pudo apreciarse algún ADN retenido en el pocillo. No se detectó ningún efecto sobre la movilidad electroforética cuando se incubó pADN con BSA para relaciones superiores a 1:30 (p/p) de pADN:proteína (Figura 1).
Ejemplo 2 Comparación de la capacidad de Mu1 y Vp1 para aumentar la transfección en las ND7 no diferenciadas
Los solicitantes examinaron la capacidad de Mu1 y Vp1 para aumentar la transfección de una línea celular neuronal mediante liposomas catiónicos utilizando un análisis con gen indicador de \beta-galactosidasa. Se transfectaron las células ND7 con pCMV\beta acomplejado con cantidades variables de péptido y DC-Chol/DOPE. Los solicitantes han demostrado previamente que el liposoma catiónico DC-Chol/DOPE es capaz de transfectar de forma eficaz la línea celular ND7 derivada neuronalmente ^{31}. En este estudio los solicitantes descubrieron que se obtenían eficacias óptimas (>40%) en esta línea celular derivada neuronalmente utilizando 1 \mug de ADN del plásmido acomplejado con 3 \mug de DC-Chol/DOPE ^{31}. Temporalmente, los niveles máximos de la expresión transgénica se obtienen entre 48 y 60 horas después de la transfección. Por consiguiente, para maximizar la probabilidad de detectar mejoras en la transfección los solicitantes realizaron todos sus ensayos a las 12 a 20 horas de la transfección en un momento en que los niveles de la expresión del gen indicador eran más bajos. Anteriormente los solicitantes han encontrado una relación pADN:liposoma de 1:3 (p/p) óptima para las transfecciones en las células ND7 ^{31}. Los solicitantes compararon por consiguiente el efecto de varias cantidades de péptido sobre las transfecciones en las proporciones de 1:3, 1:4 y 1:6 de pADN: DC-Chol/DOPE. El análisis de retardo en gel sugirió que una relación aproximada de 1:0,5 (p/p), pADN:Mu1 era suficiente para unir esencialmente todo el ADN del plásmido (Figura 1). Sin embargo, los experimentos iniciales utilizando esta relación y liposomas no afectaron las eficacias de transfección (no mostrado). Los volúmenes utilizados para generar los complejos de transfección fueron mucho mayores que los utilizados para realizar el ensayo de retardo en gel (400 \mul frente a 20 \mul). Por consiguiente los solicitantes han analizado grandes cantidades de Mu1 que eran de una concentración similar en solución que las utilizadas en el análisis de retardo en gel. Los solicitantes compararon el efecto que 0,6, 6, 12 y 21 \mug de péptido Mu1 tendrían sobre las transfecciones mediadas por DC-Chol/DOPE. Los solicitantes descubrieron que Mu1 era capaz de mejorar 4 veces las eficacias de transfección mediadas por liposomas catiónicos. La mayor mejora de las eficacias de transfección tuvo lugar cuando se utilizaron relaciones relativas de 1/12/6, pCMV\beta/Mu1/(DC-Chol/DOPE) (p/p/p). Esta combinación condujo a un aumento de 11 veces en las transfecciones en comparación con el ADN solo (Figura 2).
El análisis con el gen indicador de \beta-galactosidasa proporciona una medición de la concentración total de \beta-galactosidasa producida, pero no proporciona ninguna información con respecto al número de células transfectadas. Por esta razón, los solicitantes realizaron también recuentos de células en las células ND7 transfectadas. Se sembraron células a una densidad de 4 \times 10^{4} en placas de cultivo de 24 pocillos. Después de 24 horas las células se lavaron brevemente en medio exento de suero y se transfectaron con pCMV\beta acomplejado con DC-Chol/DOPE y péptido Mu1. Las relaciones utilizadas fueron las que se observaron que eran óptimas en el análisis del gen indicador, 1:12:6, pCMV\beta:Mu1:DC-Chol/DOPE. Utilizando estas relaciones, los solicitantes encontraron un aumento de 6 veces en el número de células positivas a \beta-galactosidasa (Figuras 3 y 6). No se detectó ninguna pérdida de células obvia con el complejo Mu1 a cualquiera de las concentraciones utilizadas. Asimismo la concentración de proteína en los lisados celulares utilizada para el análisis del gen indicador de \beta-galactosidasa no varió de forma significativa con las células no transfectadas (datos no mostrados).
En cambio, no pudo encontrarse ninguna mejora en la eficacia de la transfección con Vp1 (Figura 4). No se observó ninguna mejora en las eficacias de transfección en el ADN solo con pCMV\beta acomplejado con Mu1 solo.
A fin de apreciar si podrían conseguirse transfecciones mejoradas en otros tipos de células los solicitantes realizaron un análisis similar en células COS-7. Mu1 también mejoró la transfección mediada por liposomas en las células COS-7 (Figura 5). La misma relación de pADN:Mu1:liposoma óptima para las células ND7 fue mejor para las células COS-7. Un grado similar de mejora se observó también (3,7 veces) en los liposomas catiónicos solos.
Ejemplo 3 Transfección en las ND7 diferenciadas
Los solicitantes examinaron también la capacidad de Mu1 para mejorar la transfección mediada por liposomas catiónicos en las ND7 diferenciadas. La línea celular ND7 procede de una fusión de las neuronas primarias de los ganglios de la raíz posterior de rata (DRG) y del neuroblastoma N18Tg2de ratón ^{28}. Las células ND7 pueden diferenciarse de varias maneras incluyendo la retirada del suero, la administración de AMPc o la exposición a suero reducido más AMPc y el factor de crecimiento de nervio. La diferenciación de ND7 conduce a la expresión de propiedades celulares asociadas a sus neuronas sensitivas nocirreceptoras precursoras que incluyen una reducción en la división celular y el comienzo de la excrecencia de neuritas. Se sembraron células ND7 en placas de cultivo de 24 pocillos y se diferenciaron 24 horas después. Quince a 20 horas después del comienzo de la diferenciación, se transfectaron como anteriormente. Quince a 20 horas después de la transfección, las células se fijaron y se procesaron para histoquímica de X-gal. Acorde con las observaciones anteriores, las eficacias de transfección variaron en gran medida entre los tres grupos diferenciados. Las células ND7 diferenciadas por retirada del suero presentaban los niveles más bajos de transfección (1,3%) mientras que los niveles más elevados se observaron en el grupo de AMPc (8%) y los niveles intermedios en el grupo bajo en suero/AMPc/NGF (4,7%) (Figura 5). En las tres condiciones, sin embargo, la inclusión del polipéptido Mu1 en el complejo de transfección mejoró la transducción de las células ND7 diferenciadas. Las ND7 diferenciadas por AMPc solo o exposición a suero/AMPc/NGF bajo presentaron aumentos de eficacia mayores de 6 veces (Figura 5). La mayor mejora de las eficacias se observó, sin embargo, en el grupo diferenciado por la retirada del suero. Aquí, se observaron aumentos mayores de 10 veces.
Complejos de péptido Mu1 y ADN
Como se muestra en el Ejemplo 1 (análisis de fijación del ADN) utilizando electroforesis en gel, la migración del ADN del plásmido se retrasó gravemente y poco ADN migró fuera de los pocillos superior a una Mu1:ADN 0,5:1,0 (p/p). Esto implicaba que el péptido Mu1 estaba interactuando fuertemente con el ADN y podía neutralizar y condensar ácidos nucleicos para formar pequeñas partículas adecuadas para la administración génica. Se examinó el tamaño de las partículas Mu1:ADN (MD) en el intervalo de la relación Mu1:ADN indicado en la Figura 7.
Se prepararon partículas de MD mediante mezclado. En resumen, se añadieron alícuotas apropiadas de péptido Mu1 en agua desionizada al ADN del plásmido (pCMV\beta) (concentración final 220 \mug/ml) en tampón Hepes 20 mM, pH 7,0. Después de mezclar bien, cada mezcla se incubó durante 10 min. a 20ºC. Inmediatamente después de la incubación cada mezcla se dividió con tampón Hepes (concentración de ADN final de 24 \mug/ml) y se sometió a análisis de tamaño de partícula mediante espectroscopía de correlación de fotones (N4 más, Coulter). Todas las mediciones se realizaron a 20ºC y se recogieron los datos en un ángulo de 90º. Se utilizó análisis unimodal para calcular el tamaño de partícula medio y la distribución estándar (S.D.).
Es interesante que aunque Mu1 se unió al ADN y formó complejos en todo el intervalo completo examinado, el tamaño de partícula varió considerablemente en respuesta a la relación Mu1:ADN. Se formaron nanopartículas pequeñas y estables en la relación Mu1:ADN 0,3 a 1,2 (intervalo L) y más de 5 (intervalo H). Se produjeron relaciones intermedias en agregación pesada creciendo el tamaño de las partículas del complejo durante el tiempo de incubación hasta alcanzar más de 2 \mum de tamaño (Fig. 7).
Ejemplo 4 Preparación de LMD en el intervalo L
Los solicitantes determinaron si los complejos de liposoma-Mu1-ADN con una relación baja de MD:ADN podrían formar nanopartículas estables y si las partículas de complejo resultantes podrían tener buenas actividades de transfección.
Preparación de liposomas: Se combinaron DC-Chol (30 \mumoles) y DOPE (20 \mumoles) en diclorometano. Se eliminó el disolvente orgánico a presión reducida utilizando un evaporador rotativo y el residuo se secó durante 3 horas al vacío. A continuación, se añadió tampón Hepes 4 mM, pH 7,0 (3 ml), a la película de lípido con mezclado por agitación. Después de un breve tratamiento con ultrasonidos (2 a 3 min.), la suspensión de liposomas catiónicos resultante se extruyó mediante un extrusor (Lipex Biomembranes) tres veces a través de dos filtros de policarbonato uno sobre el otro (0,2 \mum de Millipore) y a continuación diez veces a través de dos filtros de policarbonato uno sobre el otro (0,1 \mum de Millipore) para formar pequeños liposomas (diámetro medio de 109 nm) (aprox. 8 a 10 mg/ml dependiendo de la preparación).
Preparación de los complejos liposoma:Mu1:ADN (LMD): Se añadió péptido Mu1 (0,12 mg en agua desionizada, concentración en péptido 3,5 mg/ml) a una solución de ADN del plásmido (pCF1-CAT) (0,2 mg, concentración de plásmido típicamente 1,0 mg/ml) en tampón Hepes 4 mM durante agitación continua. Se introdujo a continuación la suspensión de liposomas catiónicos (lípidos totales 2,4 mg, 4 \mumoles) produciendo la formación de pequeñas partículas con una distribución de tamaño estrecha (168 nm\pm58 nm) medida por PCS. Este LMD (concentración de ADN final de 0,14 mg/ml) se almacenó a -80ºC con adición de sacarosa al 10% (p/v) hasta su utilización. No se observó ninguna desviación del tamaño de partícula durante un mes.
Se prepararon complejos de liposoma:ADN (LD) (lipoplexos) para los experimentos de control con una relación liposoma:ADN de 3:1 (p/p), composición óptima para la transfección de células ND7.
Transfección en células ND7: Se sembraron células ND7 en medio de cultivo normal (NGM) (con suero al 10%) a una densidad de aproximadamente 4 \times 10^{4} células por pocillo, en una placa de cultivo de 24 pocillos. Después de 24 h., se lavaron las células mediante breve exposición a NGM (exento de suero) y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos LMD o LD, prediluidas con NGM (exento de suero) (concentración de ADN final de 3,2 \mug/ml en todos los casos) para los periodos de tiempo indicados. Se lavaron a continuación las células de nuevo y se incubaron durante 48 h. más antes de la recogida. Se determinaron los niveles de transfección mediante el análisis con la enzima cloranfenicol transferasa (CAT) utilizando ^{14}C-CAM como sustrato (Promega). La actividad de transfección se expresó en conversión en porcentaje (%) del ^{14}C-CAM imputado por la enzima.
Los solicitantes han encontrado mucha expresión del gen indicador mayor con LMD en comparación con la transfección mediada por LD. De hecho, la transfección con LMD produjo 16 veces más actividad enzimática de CAT después de un tiempo de transfección de 10 min. y 6 veces a lo sumo después de un periodo de transfección de 60 min. en comparación con la transfección mediada por LD (Fig. 8). Se observó transfección significativa con LMD aun cuando el tiempo de transfección fue tan corto como 10 min. Estos datos ilustran cuán rápidamente las partículas LMD son capaces de introducirse en las células.
Ejemplo 5 Variaciones de lípido catiónico (citofectina)
Los solicitantes determinaron si los complejos de LMD podían mejorarse incorporando lípidos de colesterol policatiónicos (documento WO 97/45442). Se utilizaron CDAN (B198), ACHx (CJE52) y CTAP (B232) (Fig. 9) para preparar liposomas catiónicos en lugar de DC-Chol. Cada sistema de liposomas catiónicos utilizado se componía de 60% mol de lípido catiónico y 40% mol de DOPE y se preparó como se describe en el Ejemplo 4. Se prepararon los siguientes sistemas de complejo LMD diferentes y se compararon: LMD(DC-Chol), LMD(B198), LMD(CJE52) y LMD(B232). Todos los sistemas LMD se prepararon con liposomas catiónicos (20 \mumoles de lípido total) y 0,6 mg de péptido Mu1 por 1,0 mg de ADN (pCMV\beta) como se describió anteriormente. Se demostró que las partículas eran inferiores a 200 nm de diámetro.
Se prepararon mezclas de complejo (lipoplexos) liposoma:ADN (LD) para los experimentos de control con una relación de liposoma:ADN de 3:1 (p/p), composición óptima para la transfección de células ND7.
Transfección en células ND7: Se sembraron células ND7 en NGM (con suero al 10%) a una densidad de aproximadamente 4 \times 10^{4} células por pocillo, en una placa de cultivo de 24 pocillos. Tras 24 horas, se lavaron las células mediante breve exposición a NGM (exento de suero) y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos LMD o LD, se diluyeron previamente con NGM (exento de suero) (concentración de ADN final de 2,5 \mug/ml en todos los casos) durante 1 h. Las células se lavaron a continuación otra vez y se incubaron durante 48 h. más antes de tratamiento para la tinción histoquímica con X-gal. Se hizo el recuento del número de células teñidas de azul en un microscopio invertido.
En todos los casos las formulaciones de LMD actuaron mejor que los sistemas MD correspondientes preparados con los mismos lípidos de colesterol policatiónico (Fig. 10). El orden en la eficacia de transfección fue LMD(B198) > LMD(DC-Chol) > LMD(CJE52) >> LMD(B232). El mismo orden, B198 > DC-Chol > B232, se observó con los sistemas LD correspondientes.
Ejemplo 6 Cantidad de péptido Mu1 en el intervalo L
Los solicitantes examinaron el efecto de la relación Mu1:ADN (en el intervalo L en la Fig. 7) sobre la actividad de la transfección.
Se prepararon liposomas catiónicos compuestos de lípido catiónico B198 y DOPE (3:2 m/m) de la misma manera descrita en el Ejemplo 4. Se prepararon una serie de mezclas de complejo MD (relación Mu1:ADN que varía desde 0,3 a 1,2) y se acomplejaron con un liposoma catiónico. Los sistemas LMD resultantes estaban compuestos por liposoma:Mu1:ADN (pCMV\beta) en las relaciones de 12:0,3:1, 12:0,6:0,6, 12:0,9:1 y 12:1,2:1 p/p/p respectivamente. Los tamaños medidos de las partículas LMD fueron aproximadamente de 150 nm.
Se evaluaron las actividades de transfección in vitro utilizando células Panc-1 (línea celular de cáncer pancreático humano). Se sembraron las células a una densidad aproximadamente de 5 \times 10^{4} por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos en RPMI enriquecido con FCS al 10% y se cultivaron durante 24 horas en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Se lavaron las células mediante breve exposición a RPMI y a continuación se trataron con soluciones de complejos LMD, previamente diluidos con RPMI (concentración final de ADN de 5,0 \mug/ml en todos los casos), durante 30 min. A continuación se lavaron las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en RPMI enriquecido con FCS al 10% antes de la recogida y del análisis de actividad enzimática de \beta-galactosidasa utilizando un kit de análisis habitual (Promega).
Como se muestra en la Fig. 11 la relación óptima de liposoma:Mu1:ADN para la transfección de las células Panc-1 se observó que era 12:0,6:0,6. De otro modo, se obtuvieron excelentes resultados de transfección con estos complejos Mu1 LMD en baja proporción.
Ejemplo 7 Cantidad y composición de lípidos
Para investigar el efecto de la variación de la relación de lípido catiónico a DOPE así como la relación de lípido total a Mu1 y ADN, se prepararon una serie de sistemas LMD utilizando B198 como lípido catiónico preferible. Se prepararon liposomas compuestos por 60% mol de B198 y 40% mol de DOPE (3:2 m/m), 50% mol de B198 y 50% mol de DOPE (1:1 m/m) y 33% mol de B198 y 67% mol de DOPE (1:2 m/m) y se combinaron con una mezcla de complejo MD patrón (Mu1:ADN 0,6:1 p/p) en las relaciones indicadas en la Fig. 12, según el método del Ejemplo 4.
Se prepararon mezclas de complejo liposoma:ADN (LD) (lipoplexos) para los experimentos de control con una relación liposoma:ADN de 3:1 (p/p). Se observó que todos los sistemas LMD tenían un tamaño medio mayor cuando se acomplejaban cantidades menores de liposomas catiónicos con complejos MD. Sin embargo, el tamaño de las partículas de LMD compuesto por más de 12 \mumoles de lípidos/mg de ADN era inferior a 200 nm, mientras que de 12 a 6 \mumoles de lípidos/mg de ADN aumentaba por encima de este valor. Ocasionalmente, se observó acumulación visible durante la preparación de sistemas LMD compuestos por 6 \mumoles de lípidos/mg de ADN.
Se determinaron las actividades de transfección con células Panc-1 (Fig. 12). Se sembraron las células a una densidad de aproximadamente 5 \times 10^{4} por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos en DMEM enriquecido con FCS al 10% y se cultivaron durante 24 horas en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Se lavaron las células mediante breve exposición a DMEM y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos LMD o LD, previamente diluidos con DMEM (concentración final de ADN de 5,0 \mug/ml en todos los casos), durante 2 h. A continuación se lavaron las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en DMEM enriquecido con FCS al 10% antes de la recogida y del análisis de actividad enzimática con \beta-galactosidasa utilizando un kit de análisis habitual
(Promega).
La actividad de transfección máxima no fue significativamente diferente con los tres lípidos catiónicos diferentes a las formulaciones de DOPE analizadas. En el caso de los sistemas LMD preparados con B198:DOPE (1:2 m/m) se consiguió la transfección máxima a una relación de liposoma:ADN de aproximadamente 12,5 \mumoles de lípido/mg de ADN. Las actividades de transfección de los sistemas LMD preparados con B198:DOPE (3:2 m/m) y liposomas catiónicos B198:DOPE (2:2 m/m) se alcanzaron en una meseta a relaciones de liposoma:ADN superiores a 12,5 \mumoles de lípido/mg de ADN. Todos los sistemas LMD analizados tendían a presentar bajas actividades de transfección a relaciones bajas de liposoma:ADN (Fig. 12). Se considera que las formulaciones de LMD compuestas por bajas cantidades de péptido Mu1 necesitarían cantidades mayores de liposomas catiónicos en comparación con las formulaciones preparadas con cantidades mayores de péptido Mu1 para que los respectivos sistemas LMD presenten una actividad de transfección completa.
Ejemplo 8 Comparación del péptido Mu1 con protamina
La protamina es un péptido catiónico natural abundante en el esperma de los peces y es potente en la neutralización y condensación del ADN. La actividad de transfección de la protamina se comparó con la del péptido Mu1. El péptido Mu1 o el sulfato de protamina (Sigma, calidad X de salmón) se acomplejó con ADN (pCMV\beta) y a continuación liposomas catiónicos (B198:DOPE en una relación de 3:2 m/m) resultando una relación liposoma:péptido:ADN de 12:0,6:1 (p/p/p).
Se examinaron las actividades de transfección con células Swiss 3T3. Se sembraron las células a una densidad aproximadamente de 2 \times 10^{4} por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos en DMEM enriquecido con FCS al 10% y se cultivaron durante 48 horas hasta confluencia completa en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Se lavaron las células mediante breve exposición a DMEM y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos LMD o LD, previamente diluidos con DMEM (concentración final de ADN de 5,0 \mug/ml en todos los casos), durante 1 ó 2 h. A continuación se lavaron las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en DMEM enriquecido con FCS al 10% antes de la recogida. Se determinó el nivel de actividad enzimática con \beta-galactosidasa con un kit de análisis habitual (Promega).
Como se representa en la Fig. 13 los complejos que comprenden péptido Mu1 presentaban mejor transfección de estas células confluentes que los que comprendían protamina.
Ejemplo 9 Péptidos catiónicos alternativos
Para examinar los efectos de varios péptidos catiónicos alternativos sobre las actividades de transfección, se prepararon una serie de complejos liposoma:péptido catiónico:ADN y se analizaron sus capacidades de transfección relativa in vitro. Los péptidos utilizados fueron hidrocloruro de polilisina (peso molecular medio 3.970, Sigma), hidrocloruro de poliarginina (peso molecular medio 11.800, Sigma) péptido procedente de la proteína V, pV (p5, secuencia mostrada a continuación), un péptido análogo de Mu1 (secuencia V mostrada a continuación) y el propio péptido Mu1. El péptido p5 y el péptido V se sintetizaron utilizando la misma metodología de síntesis de péptidos en fase sólida que se utilizó para preparar el péptido Mu1.
Cada péptido se combinó con liposoma catiónico (DC-Chol:DOPE 3:2 m/m) y ADN (pCMV\beta) en la relación liposoma:péptido:ADN de 12:0,6:1 (p/p/p) como se describe en el Ejemplo 4. Se examinaron las actividades de transfección utilizando células HeLa (células epiteliales humanas). Se sembraron las células a una densidad aproximadamente de 5 \times 10^{4} por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos en DMEM enriquecido con FCS al 10% y cultivado durante 24 h. en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Las células se lavaron mediante una breve exposición a DMEM y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos de LMD o LD, prediluidos con OPTIMEM (Gibco) (concentración final de ADN de 1,0 \mug/ml en todos los casos), durante 30 min. A continuación se lavaron las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en DMEM enriquecido con FCS al 10% antes de la recogida. Se determinó el nivel de actividad enzimática con \beta-galactosidasa con un kit de análisis patrón (quimioluminiscente, Roche).
Como se representa en la Fig. 14, los péptidos catiónicos procedentes de adenovirus (Mu1 y p5) y el análogo de Mu1 (V) pusieron de manifiesto una excelente actividad de transfección en comparación con los complejos preparados utilizando los péptidos catiónicos sintéticos, polilisina y poliarginina.
Secuencias de aminoácidos de los péptidos p5, V y Mu1
P5; RPRRRATTRRRTTTGTRRRRRRR
V; VRRVHHRRRRVSHRRVRGG
Mu1; MRRAHHRRRRASHRRMRGG
Ejemplo 10 Comparación con Transfast utilizando Panc-1
Se prepararon LMD y LD por el mismo método descrito en el Ejemplo 4, excepto para la utilización de pCMV\beta. Se preparó el complejo Transfast de ADN (Promega) según el protocolo del fabricante.
Se evaluaron las actividades de transfección in vitro utilizando células Panc-1. Se sembraron las células a una densidad aproximadamente de 5 \times 10^{4} por pocillo en una placa de cultivo de 24 pocillos en RPMI enriquecido con FCS al 10% y se cultivaron durante 24 horas en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Se lavaron las células mediante breve exposición a RPMI y a continuación se trataron con soluciones de complejos LMD o LD, previamente diluidos con RPMI (concentración final de ADN de 5,0 \mug/ml en todos los casos), durante los periodos indicados. A continuación se lavaron las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en RPMI enriquecido con FCS al 10% antes de la recogida. Se determinó el nivel de actividad enzimática con \beta-galactosidasa con un kit de análisis habitual (Promega). La
transfección con el complejo Transfast:ADN se realizo en medio exento de suero (condiciones óptimas) durante 1 h.
Como se representa en la Fig. 15, LMD presentó mejor actividad de transfección que el complejo Transfast:ADN y LD. Estos resultados son completamente coherentes con los hallados con las células ND-7.
Ejemplo 11 Comparación con lipofectamina utilizando células bronquiales humanas
La actividad de transfección de los complejos LMD se comparó con la de Lipofectamina (Gibco) acomplejada con ADN utilizando células HBE (células del epitelio bronquial humano).
Se sembraron las células en una placa de cultivo de 12 pocillos en DMEM enriquecido con FCS al 10% y se cultivaron durante 24 horas en presencia de CO_{2} al 5% a 37ºC. Se lavaron las células mediante una breve exposición a DMEM y a continuación se trataron con solución que contenían complejos LMD (preparados como en el Ejemplo 4) o LD (preparados a partir de lipofectamina:ADN 12:1 p/p), diluidos previamente con OPTIMEM (Gibco) (concentración de ADN final de 5,0 \mug/ml en todos los casos), para los periodos indicados (véase Fig. 16). Se lavaron a continuación las células otra vez y se incubaron durante 48 h. más en DMEM enriquecido con FCS al 10% antes del tratamiento de la tinción histoquímica con X-gal.
LMD presentaba una actividad de transfección mejor que la lipofectamina (Fig. 16) y presentó una absorción más rápida por las células HBE. Se observaron resultados similares con las células ND7 y Panc-1.
Ejemplo 12 Comparación con LT1 utilizando cerebro de rata; experimento ex vivo
Los solicitantes evaluaron las actividades de transfección en cultivos organotípicos procedentes del cerebro de rata utilizando un ADN indicador (pCMV\beta) para simular un modelo in vivo. Se mantuvieron secciones de cerebro en membranas porosas transparentes y se observaron para mantener su conectividad y citoestructura intrínsecas en gran medida.
Se prepararon LMD y LD como se muestra en el Ejemplo 4. LT1 es un reactivo de transfección de poliamina fabricado por PanVera Co. Se preparó un complejo que contenía liposoma catiónico (DC-Chol:DOPE, 3:2 m/m), LT-1 y plásmido pCMV\beta en relación 3:3,2:1 (p/p/p). Se trataron las secciones de cerebro con soluciones que contenían LMD, LD o liposoma:LT1:ADN durante 2 h. (Murria et al., Gene Ther. 1999, 6, 190-197). En todos los casos no se observaron cambios morfológicos en las secciones durante el experimento. Tras 48 h. de incubación después de transfección, se recogieron las células, se tiñeron con X-gal y se hizo el recuento del número de células azules en una sección (Fig. 17).
A una dosis de ADN de 5,0 \mug (2 ml de cultivo), LMD proporcionó un número aparentemente mayor de células teñidas de azul que LD o el complejo LT1 tras la tinción con X-gal. A una dosis tan baja como 129 ng, LMD presentó una actividad de transfección considerable, todavía mayor que la de LD (DC-Chol:DOPE acomplejado con ADN, relación 3:1 p/p) (dosis de ADN 5,0 \mug). Los solicitantes encontraron expresión del gen indicador mucho mayor con LMD en comparación con la transfección mediada por LD y los complejos de liposoma:LT1:ADN. De hecho, la transfección mediada por LMD fue más de 19 veces más eficaz que la de LD y más de 4 veces más eficaz que la de liposoma:LT1:ADN a dosis comparables.
Ejemplo 13 Comparación con liposomas catiónicos GL-67; experimento in vivo en pulmón de ratón
Los solicitantes evaluaron la actividad de transfección en pulmón de ratón in vivo de LMD (preparado como se describe en el Ejemplo 4 utilizando DC-Chol:liposomas catiónicos de DOPE [3:2, m/m] y plásmido pCF1-CAT], comparando ésta con la actividad de transfección de liposomas catiónicos GL-67:DOPE:DMPE-PEG_{5000} (1:2:0,05 m/m/m) acomplejados con plásmido pCF1-CAT (LD) (relación liposoma:ADN 5,4:1 p/p) utilizado para ampliar el efecto en las pruebas clínicas en pulmones (Alton et al., Lancet, 1999, 353, 947-954).
Se instiló LMD (concentración de ADN final de 0,14 mg/ml; 100 \mul de volumen; dosis de ADN de 14 \mug) en los pulmones de ratones Balb/c. Se acomplejó GL-67:DOPE:DMPE-PEG_{5000} (1:2:0,05 m/m/m) con plásmido pCF1-CAT (concentración final de ADN de 0,8 mg/ml; 100 \mul de volumen; dosis de ADN de 80 \mug) y este complejo LD se instiló igualmente en los pulmones de ratones Balb/c. Tras 48 horas, se homogeneizaron los pulmones y se analizó su actividad de CAT. Las barras de error indican s.e.m.
Los resultados demuestran (Fig. 18) que LMD y el GL-67 que contienen el sistema LD proporcionan niveles esencialmente equivalentes de transfección in vivo aun cuando se administró al sistema LMD una dosis de ADN cinco veces menor.
Ejemplo 14 Sistemas LMD modificados con azúcar
Las interacciones no específicas de LMD con el medio biológico deberían minimizarse para las aplicaciones in vivo. Por ejemplo, durante las administraciones intravenosas las interacciones no deseadas con los componentes de la sangre (sales, proteínas ...) y con células no diana son obstáculos importantes. Esta opsonización de partículas extrañas con las proteínas del plasma presenta una de las primeras etapas en el proceso natural de la eliminación de partículas extrañas por el sistema inmunitario innato. Para reducir la fijación de proteínas y los agregados producidos por sales; pueden acoplarse polisacáridos naturales a LMD. Esta modificación por carbohidrato de LMD puede ser aplicada también al direccionamiento de LMD a los receptores de carbohidrato.
Para obtener el efecto deseado, los solicitantes diseñaron los neoglucolípidos descritos en la Fig. 19. Estos compuestos están basados en tres dominios distintos.
ACHx (CJE 52): Este lípido (véase Fig. 9) se seleccionó como plataforma de lípido genérico para los neoglucolípidos deseados. El sistema de anillo alifático del colesterol representa un área muy hidrófoba que inserta en el interior de la capa lipídica de las partículas de LMD o de LD que actúan como anclaje del neoglucolípido.
Motivo del carbohidrato: La selección de los oligosacáridos se limitó por la complejidad de cualquier química que implique modificaciones por carbohidrato. Los solicitantes decidieron utilizar los carbohidratos maltotetraosa y maltoheptaosa de cadena larga disponible en el mercado como confirmación del principio.
Enlazador: La utilización de un enlace quimioselectivo demostró eficacia y flexibilidad, permitiendo a los solicitantes sintetizar un intervalo amplio de neoglucolípidos. Esta técnica quimioselectiva estaba basada en una conversión de CJE52 en un lípido hidroxilamino que era capaz de acoplarse directamente a carbohidratos no protegidos. La síntesis de un hidroxilamino CJE52 típico se presenta en la Figura 20 - Esquema 1 y el acoplamiento del resto carbohidrato en el enlazador está basado en la glucosilación de una hidroxilamina O-sustituida (el principio de la reacción con la glucosa se ilustra en la Figura 21 - Esquema 2). Siguiendo esta estrategia, se acoplaron la maltotetraosa y la maltoheptaosa para obtener los compuestos GLU4 y GLU7 (Estructura en la Fig. 22).
La glucomodificación de LMD se basó en la capacidad natural de las micelas de neoglucolípido para disociar y liberar los lípidos que se incorporan en las membranas de LMD. En primer lugar, se formularon LMD procedentes de liposomas catiónicos DC-Chol:DOPE, péptido Mu1 y plásmido pCMV\beta como se describe en el Ejemplo 4. A continuación, se añadió una suspensión de micelas de neoglucolípido en tampón Hepes, pH 7,0 a mezclas de LMD y el conjunto se incubó durante 30 min. a 20ºC antes del almacenamiento a -80ºC (Fig. 23).
Estabilización de neoglucolípidos de LMD: el efecto de la estabilización del LMD modificado por neoglucolípidos se evaluó mediante la incorporación de 7,5% mol de GLU4 o GLU7 en LMD. La capa lipídica de los sistemas LD se sabe que se agrega después de la exposición a la sal. Por consiguiente, se evaluaron los tamaños de las partículas de LD (concentración final de ADN de 1 \mug/ml) después de 30 min. a 37ºC en OPTIMEM por espectroscopía de correlación de fotones (N4 plus, Coulter). Se utilizó análisis unimodal para evaluar el tamaño de partícula medio. El aumento del porcentaje medio en el tamaño de las partículas de LD se presenta (Fig. 24). Se siguió el mismo procedimiento para el sistema LMD básico, LMD(GLU4) y LMD(GLU7) (concentraciones finales de ADN de 1 \mug/ml).
Los resultados indican que LMD es más estable que LD en solución pero también demuestran que la presencia de GLU4 y GLU7 presenta un aumento del efecto de estabilización antiagregación en las partículas LMD en 7,5% mol.
Eficacia de transfección in vitro: se determinó la actividad de transfección con células Hela sembradas a razón de 5 \times 10^{4} células por pocillo en placas de cultivo de 24 pocillos y se cultivaron hasta aproximadamente el 70% de confluencia en DMEM enriquecido con FCS a 37ºC y en presencia de CO_{2} al 5%. Se lavaron las células en PBS y a continuación se trataron con soluciones que contenían complejos de LMD, se diluyeron previamente con DMEM que contenía FCS a los porcentajes (%) indicados (concentración final de ADN de 5,0 \mug/ml en todos los casos), durante 30 min. Se lavaron más las células y a continuación se incubaron durante 48 h. más en medio normal (NGM) antes de la recogida. Se determinó el nivel de expresión de \beta-galactosidasa con un kit de análisis normal (quimioluminiscente, Roche).
Los resultados indican un aumento de la eficacia de transfección debido a la modificación con azúcar en condiciones de suero tanto del 0% como del 50% (Fig. 25).
Exposición
Los solicitantes han demostrado anteriormente que los liposomas de DC-Chol/DOPE son eficaces en la transfección de la línea celular ND7 derivada neuronalmente ^{31}. DC-Chol se ha utilizado con éxito fuera del SNC en una variedad de tejidos y ha experimentado pruebas clínicas para tratamientos de terapia génica de fibrosis quística ^{33, 34}. Además, los liposomas de DC-Chol han demostrado que no presentan efectos secundarios citotóxicos ^{35, 36}. Por estas razones los solicitantes desean desarrollar formulaciones mejores de estos liposomas para su utilización en las neuronas.
Los solicitantes describen en la presente memoria la utilización de una proteína codificada por virus para la transfección celular. Los solicitantes descubrieron que cuando se utilizaba Mu1 en combinación con el liposoma catiónico DC-Chol/DOPE era capaz de mejorar de forma significativa la transfección celular. Este efecto era más probable debido a la capacidad de Mu1 para condensar pADN y podría optimizarse variando las relaciones de polipéptido, pADN y liposoma catiónico. De manera significativa, el aumento de la eficacia de transfección fue más acusado en las células diferenciadas. Como se mencionó anteriormente, las células ND7 procedían de las DRG primarias. La diferenciación de las células ND7 produce un fenotipo simular a sus neuronas sensitivas periféricas paternas que comprende la producción de excrecencia de neuritas, una reducción de la proliferación general y una reducción de la transfectabili-
dad ^{28,37}. Un aumento en la eficacia de la transfección en las ND7 diferenciadas puede reflejar un aumento de capacidad para activar las transfecciones en las neuronas primarias o in vivo.
El éxito de los vehículos no víricos de administración génica como alternativas viables para los sistemas de virus basados en vectores depende del desarrollo de complejos con eficacias de transfección de mayor duración o más prolongada. Desde la identificación inicial de los liposomas catiónicos como vehículos para la transferencia de material genético en el interior de las células ha existido un gran impulso para desarrollar mejores formulaciones de liposomas catiónicos ^{5,7}. La mayoría de los intentos en la mejora de los liposomas catiónicos se ha basado en modificaciones estructurales en la propia molécula ^{30}. Se han desarrollado nuevas formulaciones que han mejorado las eficacias de transfección ^{30}. Sin embargo, determinados tipos de células se comportan de forma diferente con respecto a la transfección de liposomas catiónicos. Por ejemplo, los solicitantes han descubierto que el polipéptido Mu1 es mejor en la potenciación de la transfección mediada por liposoma catiónico que Vp1. Esto era debido probablemente a la mayor relación de carga de Mu1. Aunque ambos péptidos son aproximadamente del mismo peso molecular, la relación de carga general de Mu1 fue más de dos veces la del Vp1 (Tabla 1). Por lo tanto, Mu1 fue capaz de retardar la movilidad electroforética del ADN del plásmido en menos de 1/60º de la concentración demostrando cómo ajustadamente Mu1 es capaz de unirse al ADN. Aunque un pequeño desplazamiento en la movilidad de pADN se detectó cuando se acomplejó 0,25 \mug de Mu1 con 1 \mug de pCMV\beta, casi todo el plásmido se mantuvo cerca del pocillo de carga después de la adición de 0,5 \mug de Mu1 (Figura 1). Una relación 0,5/1,0 (p/p) de Mu1 a pCMV\beta corresponde a una relación molar 1.000/1. Cada molécula de Mu1 contiene 12 restos que podrían llevar potencialmente una carga positiva. La relación de carga teórica de Mu1 a pCMV\beta sería entonces 1,6 (12.000 cationes de Mu1 a 7.500 aniones de pCMV\beta). Esta relación neutralizaría completamente las cargas negativas en pCMV\beta retardando completamente de este modo su migración como se observa.
Una comparación directa entre la cantidad de Mu1 que retardó de manera significativa la migración del ADN del plásmido y que aumentó óptimamente las transfecciones no pudo realizarse ya que el método de preparación era diferente. Se prepararon complejos para transfección péptido-pADN-liposoma en volúmenes mayores (véase Materiales y Métodos). Aunque tardó 24 veces la cantidad de Mu1 (12 \mug/1 \mug de pCMV\beta) para conseguir el aumento óptimo de las eficacias de transfección realizadas, para retardar la migración en un gel de agarosa, la concentración en la solución fue similar (25 ng/ml, retardo del pADN; 30 ng/ml, transfecciones óptimas). La presencia de Mu1 también alteró las interacciones de pADN del liposoma catiónico. La relación óptima de DC-Chol-DOPE a pCMV\beta en presencia de Mu1 fue 6/1, dos veces la hallada óptima anteriormente en células neuronales ^{31, 38}. Teóricamente la cantidad de Mu1 utilizado habría neutralizado completamente las cargas positivas en pCMV\beta, lo que habría evitado más acomplejamiento con DC-Chol/DOPE. Claramente éste no era el caso dado que podrían obtenerse muchas eficacias de transfección mejoradas. Es probable que no todos los aminoácidos cargados posibles estuvieran protonados en las condiciones del tampón. No está claro por qué se necesitan más liposomas catiónicos y los solicitantes están trabajando actualmente para estudiar esta cuestión.
Por último debe hacerse una puntualización con respecto a la señal de localización nuclear impregnada con Vp1. Pruebas recientes en el laboratorio de los solicitantes (observaciones no publicadas) y en otros ^{10, 11, 39, 40} han sugerido que el transporte nuclear de material transfectado puede ser ineficaz en la lipofección. Por esta razón se han realizado intentos para precondensar ADN con secuencias peptídicas que contienen policationes que se sabe que presentan capacidades de localización nuclear con ayuda de la absorción nuclear mejor del ADN transfectado ^{17, 20, 22}. Los solicitantes han descubierto sin embargo, que las propiedades de condensación del ADN más eficaces de Mu1 tienen mayor consideración que la capacidad de localización nuclear de Vp1 desde el punto de vista de la mejora de las eficacias de transfección. Asimismo, Fritz et al., ^{22} no hallaron ninguna diferencia en las eficacias de transfección entre la histona humana recombinante (H1) y una versión modificada que contenía la secuencia de localización nuclear del antígeno T grande SV40. Otros estudios han sugerido que la presencia de una NLS mejora la acumulación nuclear del pADN transfectado mediante la serie de reacciones intracelulares específicas ^{41, 42}.
Referencias
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Claims (12)

1. Vector para la administración de ácido nucleico no vírico que comprende un complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado y un lípido catiónico, en el que el complejo comprende
(a)
una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI); y
(b)
uno o más polipéptidos adenovíricos Mu1 o polipéptidos homólogos con por lo menos 60% de identidad con los mismos, siendo dichos polipéptidos o dichos homólogos de los mismos (i) capaces de unirse a la NOI; y (ii) siendo capaces de condensar la NOI; y en el que la NOI es heteróloga con uno o más polipéptidos.
2. Vector según la reivindicación 1, que comprende además un polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS).
3. Vector según la reivindicación 2, en el que el polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS) es pV adenovírico o un derivado del mismo.
4. Complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado que comprende un lípido catiónico, un componente polipeptídico y un componente de ácido nucleico, destinado a ser utilizado para administrar el componente del ácido nucleico a un núcleo de una célula eucariótica, en el que
(a)
el componente polipeptídico es un polipéptido adenovírico Mu1 o un polipéptido homólogo con por lo menos 60% de identidad con el mismo;
(b)
el componente polipeptídico o dicho homólogo del mismo es capaz de unirse al NOI; y
(c)
el componente polipeptídico o dicho homólogo del mismo es capaz de condensar el NOI;
y en el que el ácido nucleico es heterólogo al polipéptido.
5. Complejo según la reivindicación 4, que comprende además un polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS).
6. Complejo según la reivindicación 5, en el que el polipéptido que comprende una secuencia de localización nuclear (NLS) es pV adenovírico o un derivado del mismo.
7. Complejo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que la relación liposoma:NOI:polipéptido es 2-20:1:0,5-1, preferentemente 10-14:1:0,5-0,7, más preferentemente aproximadamente 12:1:0,6.
8. Complejo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el complejo es inferior a 200 nm de diámetro.
9. Método de producción de un vector para la administración de ácido nucleico no vírico que comprende un lípido catiónico y un complejo de polipéptido/ácido nucleico condensado, comprendiendo dicho método las etapas siguientes:
(a)
poner en contacto una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI) con un polipéptido Mu1 o con un polipéptido homólogo con por lo menos 60% de identidad con el mismo, siendo dicho componente polipeptídico o dicho homólogo del mismo (i) capaz de unirse al NOI; y (ii) capaz de condensar el NOI; y en el que el NOI es heterólogo al polipéptido; y
(b)
poner en contacto el complejo de ácido nucleico/polipéptido formado de este modo con un lípido catiónico.
10. Método de introducción de una secuencia de ácido nucleico de interés (NOI) en una célula eucariótica, comprendiendo dicho método poner en contacto la célula in vitro con un complejo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que el complejo comprende la NOI.
11. Método según la reivindicación 10, en el que la célula es una célula neuronal, una célula cancerosa o una célula epitelial.
12. Utilización de un polipéptido adenovírico Mu1 o de un polipéptido homólogo con por lo menos 60% de identidad con el mismo para la preparación de un vector para la administración de ácido nucleico como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
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