CN111971066B - 脂质纳米颗粒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脂质纳米颗粒(LNP)领域；更具体地，其包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇、PEG脂质和一种或多种核酸。本发明的LNP的特征在于具有约140nm的最小平均直径，从而诱导更强力的免疫应答。本发明提供了LNP在核酸分子特别是mRNA的免疫原性递送中的用途；从而使得它们非常适合用于疫苗，例如用于治疗癌症或传染性疾病。最后，提供了用于制备此类LNP的方法。
Description
发明领域
本发明涉及脂质纳米颗粒(LNP)领域；更具体地，其包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇、PEG脂质和一种或多种核酸。本发明的LNP的特征在于具有约140nm的最小平均直径，从而诱导更强力的免疫应答。本发明提供了LNP在核酸分子特别是mRNA的免疫原性递送中的用途；从而使得它们非常适合用于疫苗，例如用于治疗癌症或传染性疾病。最后，提供了用于制备此类LNP的方法。
发明背景
生物活性物质的靶向递送领域中的主要挑战之一通常是它们的不稳定性和低的细胞穿透潜力。对于核酸分子特别是(m)RNA分子的递送尤其如此。因此，适当的包装对于充分的保护和递送至关重要。因此，持续需要用于包装生物活性物质例如核酸的方法和组合物。
在这方面，基于脂质的纳米颗粒组合物例如脂质复合物和脂质体已被用作生物活性物质的包装载体，以允许转运到细胞中和/或细胞内隔室中。这些基于脂质的纳米颗粒组合物通常包含不同脂质例如阳离子脂质、可离子化的脂质、磷脂、结构脂质(例如甾醇或胆甾醇)、PEG(聚乙二醇)脂质等的混合物(如Reichmuth等人,2016的综述)。尽管许多这类脂质组合物是本领域已知的，但它们通常具有小的直径，即小于200nm，最经常甚至小于140nm。
基于脂质的纳米颗粒包含四种脂质(阳离子或可离子化的脂质、磷脂、甾醇和聚乙二醇化脂质)的混合物，其已被开发用于在全身施用后向肝脏非免疫原性递送siRNA和mRNA。为了引起最佳的肝细胞摄取和表达，这些LNP通常显示70-100nm的小尺寸(Li等人,Nanoletters 2015；Thess等人,Mol ther 2015；Kauffman等人,Biomaterials 2016)。
除肝脏靶向外，LNP还已被用于将编码抗原的mRNA免疫原性递送至肌肉或真皮(Richner等人Cell 2017；Liang等人,Mol Ther2017)。在这种情况下，还是通常使用小尺寸(80-120nm)的LNP，因为这种小尺寸已显示对免疫原性至关重要，并且小尺寸的LNP有效地到达注射引流淋巴结，而较大的LNP保留在注射部位(参见Reichmuth等人，2016)。
我们现在已经令人惊讶地发现，与通常认为的小尺寸的颗粒对于LNP介导的mRNA递送是有益的观点相反，直径大于140nm，优选甚至大于200nm的纳米颗粒非常适合于在LNP的全身性注射后免疫原性递送mRNA，这似乎与mRNA向脾脏的递送增强有关。
发明概述
在第一方面，本发明提供了脂质纳米颗粒(LNP)，其包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇、PEG脂质和一种或多种核酸分子，其特征在于，所述LNP具有约140nm、更优选约200nm的最小平均直径。
在一个具体的实施方案中，所述可离子化的脂质是式(I)的化合物：
其中：
RCOO选自包含以下的列表：肉豆蔻酰基、α-D-生育酚琥珀酰基、亚油酰基和油酰基；和
X选自包含以下的列表：
更具体地，所述可离子化的脂质是式(I)的脂质，其中RCCO是α-D-生育酚琥珀酰基，并且X是
在本发明的另一个实施方案中，所述甾醇选自包含以下的列表：胆甾醇、麦角甾醇、菜油甾醇、氧甾醇、antrosterol、链甾醇、nicasterol、谷甾醇和豆甾醇；优选胆甾醇。
在另一个具体的实施方案中，所述磷脂选自包含以下的列表：1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(DOPE)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)，1,2-二亚油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DLPC)，1,2-二肉豆蔻酰基-sn-甘油-磷酸胆碱(DMPC)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)，1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DPPC)，1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DSPC)，1,2-二十一烷酰基-sn-甘油-磷酸胆碱(DUPC)，1-棕榈酰基-2-油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(POPC)，1,2-二-O-十八碳烯基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(18:0二醚PC)，1-油酰基-2-胆甾醇基半琥珀酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(OChemsPC)，1-十六烷基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(C 16Lyso PC)，1,2-二亚麻酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二花生四烯酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二十二碳己酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二植烷酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(ME 16.0PE)，1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二亚油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二亚麻酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二花生四烯酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二十二碳己酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸-rac-(1-甘油)钠盐(DOPG)，鞘磷脂及其混合物。
在一个更具体的实施方案中，所述磷脂选自包含以下的列表：1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(DOPE)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)及其混合物。
在又一个实施方案中，所述PEG脂质选自包含以下的列表：PEG修饰的磷脂酰乙醇胺，PEG修饰的磷脂酸，PEG修饰的神经酰胺，PEG修饰的二烷基胺，PEG修饰的二酰基甘油，PEG修饰的二烷基甘油及其混合物。
在另一个具体的实施方案中，应用以下一者或多者：
-所述LNP占所述可离子化的脂质的约10mol％至60mol％；
-所述LNP占所述甾醇的约15mol％至50mol％；
-所述LNP占所述PEG脂质的约0.5mol％至10mol％；和/或
-所述LNP占所述磷脂的约5mol％至40mol％。
在另一个具体的实施方案中，所述一种或多种核酸分子选自(m)RNA和DNA分子；尤其是一种或多种mRNA分子。在一个具体的实施方案中，所述一种或多种mRNA分子选自包含以下的列表：编码免疫调节性多肽的mRNA分子，例如(加上所有潜在分子的列表)和/或编码抗原和/或疾病特异性mRNA的mRNA分子。在一个非常具体的实施方案中，所述一种或多种mRNA分子选自包含以下的列表：编码CD40L、CD70和caTLR4的mRNA分子；和/或编码抗原和/或疾病特异性mRNA的mRNA分子。
本发明还提供了包含本文所定义的一种或多种LNP的药物组合物或疫苗。
此外，本发明提供了用于人类或兽医医学的如本文所定义的LNP或包含一种或多种这样的LNP的药物组合物。
在另一方面，本发明提供了一种用于制备根据本发明的LNP的方法，包括：
-制备包含所述可离子化的脂质、所述磷脂、所述甾醇、所述PEG脂质和合适的醇溶剂的第一醇组合物；
-制备包含所述一种或多种核酸和水性溶剂的第二水性组合物；
-使用以下设置在微流体混合装置中混合所述第一和第二组合物：
-总流速(FR)为约0.5至约8ml/min，优选为约1至4ml/min。
-流速比(FRR)为约1/1至5/1，优选为约2/1至约3/1。
在一个具体的实施方案中，所述醇溶剂是乙醇和/或所述水性溶剂是水。
本发明进一步提供了根据本发明的LNP、药物组合物或疫苗在所述一种或多种核酸分子的免疫原性递送中的用途。
最后，本发明提供了用于预防和/或治疗癌症或传染性疾病的如本文所述的LNP、药物组合物或疫苗。
附图的简要说明
现在具体参考附图，要强调的是，所示的细节仅是示例性的，并且仅是为了举例说明性地讨论本发明的不同实施方案。提出它们是为了提供被认为是对本发明的原理和概念最有用和最容易描述本发明的原理和概念的内容。在这方面，没有试图以比本发明的基本理解所必需的更多的细节示出本发明的结构细节。附图说明使本领域技术人员容易地知晓如何在实践中体现本发明的几种形式。
图1：相同组成的140nm相对230nm尺寸的mRNA LNP的免疫原性。
图2：静脉内施用后不同尺寸的OVA mRNA LNP的免疫原性。
图3：单次静脉内施用后不同尺寸的OVA mRNA LNP的免疫原性。
图4：静脉内施用含有OVA mRNA(10μg)和TriMix mRNA(15μg)的大尺寸的LNP后，OVA特异性T细胞的百分比。
图5：在一次和两次静脉内施用mRNA LNP后140nm和230nm尺寸的mRNA LNP的免疫原性的比较。
图6：100nm和230nm尺寸的mRNA LNP的脾/肝表达比的比较
图7：静脉内LNP mRNA相对结内施用的比较
图8：T细胞对LNP mRNA制剂的应答是持久且可加强的。
发明详述
如上文已经详细描述的，本发明提供了具有比本领域中通常使用的直径更大的直径的LNP，对此我们已经令人惊讶地发现它们非常适合于核酸特别是mRNA的免疫原性递送；对此我们发现与向脾脏的增强的递送的相关性。“核酸分子的免疫原性递送”是指将核酸分子递送至细胞由此与细胞接触，所述核酸分子的内在化和/或在细胞内的表达导致诱导免疫应答。
因此，在第一方面，本发明提供了脂质纳米颗粒(LNP)，其包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇、PEG脂质和一种或多种核酸分子，其特征在于，所述LNP的最小直径为约140nm；更优选约200nm。
脂质纳米颗粒(LNP)通常已知为包含不同脂质的组合的纳米级颗粒。尽管这种LNP中可以包括许多不同类型的脂质，但是本发明的LNP通常包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇和PEG脂质的组合。
如本文所用，术语“纳米颗粒”是指具有使所述颗粒适合于全身、尤其是静脉内施用特别是核酸的直径的任何颗粒，其通常具有小于1000纳米(nm)的直径。
在一些实施方案中，纳米颗粒的平均直径小于600nm。在一些实施方案中，纳米颗粒的平均直径小于400nm，但是在任何情况下，本发明的纳米颗粒的平均直径均大于约140nm，更优选地大于约200nm。在一个特定的实施方案中，本发明的LNP具有约140nm、约150nm、约160nm、约170nm、约180nm、约190nm或约200nm的最小平均直径。为了清楚起见，在使用多个LNP的混合物的情况下，最小平均直径是指所述多个LNP的最小平均直径。在所述情况下，例如，混合物可以含有具有小于140nm的平均直径的一些LNP，只要其余的LNP的平均直径大于140nm以导致全部LNP一起的平均最小直径为140nm。每当在本申请中使用时，即使没有特别指出，术语“直径”意指“平均直径”。
在本发明的上下文中，在化合物或脂质的上下文中的术语“可离子化的”(或可替代地为阳离子的)意指所述化合物或脂质中存在任何不带电荷的基团，其能够通过产生离子(通常为H+离子)而解离并因此本身带正电。或者，所述化合物或脂质中的任何不带电荷的基团可产生电子并因此带负电。
在本发明的上下文中，可以适当地使用任何类型的可离子化的脂质。具体地，合适的可离子化的脂质是可离子化的氨基脂质，其包含通过S-S键连接的两个相同或不同的尾部，所述尾部各自包含可离子化的胺，例如由以下所示的：
在一个具体的实施方案中，所述可离子化的脂质是式(I)的化合物：
其中：
RCOO选自包含以下的列表：肉豆蔻酰基、α-D-生育酚琥珀酰基、亚油酰基和油酰基；和
X选自包含以下的列表：
这样的可离子化的脂质具体由以下式中的任何一个表示：
更具体地，所述可离子化的脂质是式(I)的脂质，其中RCCO是α-D-生育酚琥珀酰基，并且X是
例如由下式所示的：
在本发明的上下文中，术语“甾醇”(也称为类甾醇)是类甾醇的一个亚类，其天然存在于植物、动物和真菌中，或者可以由一些细菌产生。在本发明的上下文中，可以使用任何合适的甾醇，例如选自包含以下的列表：胆甾醇、麦角甾醇、菜油甾醇、氧甾醇、antrosterol、链甾醇、nicasterol、谷甾醇和豆甾醇；优选胆甾醇。
在本发明的上下文中，术语“磷脂”是指由两个疏水性脂肪酸“尾部”和由磷酸基团构成的亲水性“头部”组成的脂质分子。这两种组分最常通过甘油分子结合在一起，因此，在本发明的磷脂中，优选是甘油-磷脂。此外，磷酸基团经常被简单的有机分子例如胆碱(即产生磷酸胆碱)或乙醇胺(即产生磷酸乙醇胺)修饰。
在本发明的上下文中，合适的磷脂可以选自包含以下的列表：1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(DOPE)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)，1,2-二亚油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DLPC)，1,2-二肉豆蔻酰基-sn-甘油-磷酸胆碱(DMPC)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)，1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DPPC)，1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DSPC)，1,2-二十一烷酰基-sn-甘油-磷酸胆碱(DUPC)，1-棕榈酰基-2-油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(POPC)，1,2-二-O-十八碳烯基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(18:0二醚PC)，1-油酰基-2-胆甾醇基半琥珀酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(OChemsPC)，1-十六烷基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(C 16Lyso PC)，1,2-二亚麻酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二花生四烯酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二十二碳己酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱，1,2-二植烷酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(ME 16.0PE)，1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二亚油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二亚麻酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二花生四烯酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二十二碳己酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸-rac-(1-甘油)钠盐(DOPG)，鞘磷脂及其混合物。
在一个更具体的实施方案中，所述磷脂选自包含以下的列表：1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(DOPE)，1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DOPC)及其混合物。
在本发明的上下文中，术语“PEG脂质”或可替代地“PEG化脂质”是指用PEG(聚乙二醇)基团修饰的任何合适的脂质。在一个具体的实施方案中，所述PEG脂质选自包含以下的列表：PEG修饰的磷脂酰乙醇胺，PEG修饰的磷脂酸，PEG修饰的神经酰胺，PEG修饰的二烷基胺，PEG修饰的二酰基甘油，PEG修饰的二烷基甘油及其混合物。此类PEG脂质的更具体实例包括C14-PEG2000(1,2-二肉豆蔻酰基-rac-甘油、甲氧基聚乙二醇-2000(DMG-PEG2000))和C18-PEG5000(1,2-二硬脂酰基-rac-甘油、甲氧基聚乙二醇-5000(DSG-PEG5000))。
在本发明的具体的实施方案中，应用以下一者或多者：
-所述LNP占所述可离子化的脂质的约35mol％至65mol％；
-所述LNP占所述甾醇的约15mol％至60mol％；
-所述LNP占所述PEG脂质的约0.5mol％至2mol％；和/或
-所述LNP占所述磷脂的约5mol％至15mol％。
在本发明的另一个具体的实施方案中，应用以下一者或多者：
-所述LNP占所述可离子化的脂质的约10mol％至60mol％；
-所述LNP占所述甾醇的约15mol％至50mol％；
-所述LNP占所述PEG脂质的约0.5mol％至10mol％；和/或
-所述LNP占所述磷脂的约5mol％至40mol％。
在一个更具体的实施方案中，应用以下一者或多者：
-所述LNP占所述可离子化的脂质的约40mol％至60mol％；
-所述LNP占所述甾醇的约20mol％至40mol％；
-所述LNP占所述PEG脂质的约0.5mol％至5mol％；和/或
-所述LNP占所述磷脂的约5mol％至15mol％。
因此，在一个具体的实施方案中，所述LNP占所述可离子化的脂质的约10mol％至60mol％；优选约40mol％至60mol％。
在又一个具体的实施方案中，所述LNP占所述甾醇的约15mol％至50mol％；优选约20mol％至40mol％。
在另一个实施方案中，所述LNP占所述PEG脂质的约0.5mol％至10mol％；优选约0.5mol％至5mol％。
在另一个具体的实施方案中，所述LNP占所述磷脂的约5mol％至40mol％；优选约5mol％至15mol％。
因此，在一个更具体的实施方案中，本发明的LNP包含约10mol％至60mol％的所述可离子化的脂质；和/或约15mol％至50mol％的甾醇；和/或约0.5mol％至10mol％的所述PEG脂质；和/或约5mol％至40mol％的所述磷脂。
在另一个具体的实施方案中，本发明的LNP包含约40mol％至60mol％的所述可离子化的脂质；和约20mol％至40mol％的甾醇；和约0.5mol％至5mol％的所述PEG脂质；和约5mol％至15mol％的所述磷脂。
表1中列出了本发明的上下文中特别合适的LNP的组成：
表1：特别合适的LNP的组成
本发明人已经发现，本发明的LNP特别适合于核酸的免疫原性递送；这是由于与现有技术已知的主要靶向肝脏的小LNP相比增加的脾脏靶向性。
因此，本发明提供了包含一种或多种核酸分子例如DNA或RNA更特别是mRNA的LNP。
在本发明的上下文中，“核酸”是脱氧核糖核酸(DNA)或优选为核糖核酸(RNA)，更优选为mRNA。根据本发明，核酸包括基因组DNA、cDNA、mRNA、重组产生的和化学合成的分子。根据本发明的核酸可以是单链或双链且线性或共价封闭以形成环的分子形式。核酸可以用于例如以RNA的形式引入(即转染)细胞，该RNA可以通过从DNA模板体外转录来制备。此外，可以在应用之前通过稳定序列、加帽和聚腺苷酸化来修饰RNA。
在本发明的上下文中，术语“RNA”涉及包含核糖核苷酸残基并且优选完全或基本上由核糖核苷酸残基组成的分子。“核糖核苷酸”涉及在β-D-呋喃核糖基的2'-位具有羟基的核苷酸。该术语包括双链RNA，单链RNA，分离的RNA，例如部分纯化的RNA，基本上纯的RNA，合成的RNA，重组产生的RNA，以及修饰的RNA，其与天然存在的RNA的区别在于一个或多个核苷酸的添加、缺失、取代和/或改变。此类改变可包括将非核苷酸物质添加至例如RNA的末端或内部，例如在RNA的一个或多个核苷酸处。RNA分子中的核苷酸还可包含非标准核苷酸，例如非天然存在的核苷酸或化学合成的核苷酸或脱氧核苷酸。这些改变的RNA可以称为类似物。核酸可以包含在载体中。如本文所用，术语“载体”包括技术人员已知的任何载体，包括质粒载体，粘粒载体，噬菌体载体例如λ噬菌体，病毒载体例如腺病毒或杆状病毒载体，或人工染色体载体例如细菌人工染色体(BAC)，酵母人工染色体或天然存在的RNA的类似物。
根据本发明，术语“RNA”包括并优选地涉及“mRNA”，其意指“信使RNA”并且涉及可以使用DNA作为模板产生并编码肽或蛋白质的“转录物”。mRNA通常包含5'非翻译区(5-UTR)、蛋白质或肽编码区和3'非翻译区(3'-UTR)。mRNA在细胞中和在体外具有有限的半衰期。优选地，使用DNA模板通过体外转录产生mRNA。在本发明的一个实施方案中，通过体外转录或化学合成获得RNA。体外转录方法是技术人员已知的。例如，有许多可商购获得的体外转录试剂盒。
在一个具体的实施方案中，所述mRNA分子是编码免疫调节蛋白的mRNA分子。
在本发明的上下文中，术语“编码免疫调节蛋白的mRNA分子”是指编码修饰抗原呈递细胞更特别地树突状细胞的功能性的蛋白的mRNA分子。这样的分子可以选自包含以下的列表：CD40L，CD70，caTLR4，IL-12p70，EL-选择蛋白，CCR7和/或4-1BBL，ICOSL，OX40L，IL-21；尤其是CD40L、CD70和caTLR4中的一种或多种。本发明的方法中使用的免疫刺激因子的优选组合是CD40L和caTLR4(即“DiMix”)。在另一个优选的实施方案中，使用CD40L、CD70和caTLR4免疫刺激分子的组合，其在本文中也称为“TriMix”。
在另一个具体的实施方案中，所述mRNA分子是编码抗原和/或疾病特异性蛋白的mRNA分子。
根据本发明，术语“抗原”包括任何分子，优选肽或蛋白质，其包含将引发免疫应答和/或免疫应答所针对的至少一个表位。优选地，在本发明的上下文中，抗原是任选地在加工后诱导免疫应答的分子，该免疫应答优选对抗原或表达该抗原的细胞是特异性的。特别地，“抗原”涉及这样的分子，其任选地在加工后由MHC分子呈递并与T淋巴细胞(T细胞)特异性反应。
在一个具体的实施方案中，抗原是靶特异性抗原，其可以是肿瘤抗原，或细菌、病毒或真菌抗原。所述靶特异性抗原可源自以下任一种：从(一种或多种)靶细胞分离的总mRNA，一种或多种特异性的靶mRNA分子，(一种或多种)靶细胞的蛋白裂解物，来自(一种或多种)靶细胞的特异性蛋白，或合成的靶特异性肽或蛋白质以及编码靶特异性抗原或其衍生肽的合成的mRNA或DNA。
为了避免任何误解，本发明的LNP可以包含单个mRNA分子，或者它们可以包含多种mRNA分子，例如编码免疫调节蛋白的一种或多种mRNA分子和/或编码抗原和/或疾病特异性蛋白质的一种或多种mRNA分子的组合。
在非常具体的实施方案中，所述编码免疫调节分子的mRNA分子可以与编码抗原特异性蛋白和/或疾病特异性蛋白的一种或多种mRNA分子组合。例如，本发明的LNP可以包含编码免疫刺激分子CD40L、CD70和/或caTLR4的mRNA分子(例如Dimix或Trimix)；与编码抗原特异性蛋白和/或疾病特异性蛋白的一种或多种mRNA分子组合。因此，在非常具体的实施方案中，本发明的LNP包含编码CD40L、CD70和/或caTLR4的mRNA分子；与编码抗原特异性蛋白和/或疾病特异性蛋白的一种或多种mRNA分子组合。
在另一方面，本发明提供了包含一种或多种如本文定义的LNP的药物组合物。这样的药物组合物特别适合作为疫苗。因此，本发明还提供了包含一种或多种根据本发明的LNP的疫苗。
在本发明的上下文中，本文所用的术语“疫苗”是指旨在提供针对疾病的适应性免疫(抗体和/或T细胞应答)的任何制剂。为此，本文所指的疫苗包含编码抗原的至少一种mRNA分子，其中所述抗原引发适应性免疫应答。该抗原可以以微生物、蛋白质或肽或编码核酸的抗原的弱化或经杀死的形式的格式存在。在本发明的上下文中，抗原是指被宿主的免疫系统识别为异源的蛋白质或肽，从而刺激针对其的抗体的产生，目的是对抗此类抗原。疫苗可以是预防性的(例如：预防或减轻任何天然或“野生”病原体的未来感染的影响)或治疗性的(例如，积极治疗或减轻正在进行的疾病的症状)。疫苗的施用称为疫苗接种。
本发明的疫苗可用于诱导免疫应答，特别是针对疾病相关抗原或表达疾病相关抗原的细胞的免疫应答，例如针对癌症的免疫应答。因此，疫苗可以用于涉及疾病相关抗原或表达疾病相关抗原的细胞的疾病例如癌症的预防性和/或治疗性治疗。优选地，所述免疫应答是T细胞应答。在一个实施方案中，疾病相关抗原是肿瘤抗原。由本文所述的纳米颗粒中包含的RNA编码的抗原优选为疾病相关抗原或引发针对疾病相关抗原或表达疾病相关抗原的细胞的免疫应答。
本发明的LNP和疫苗特别考虑用于静脉内施用，即将液体物质直接输注到静脉中。静脉内途径是在整个体内(即全身性)递送液体和药物的最快方法。因此，本发明提供了静脉内疫苗，以及所公开的疫苗和LNP用于静脉内施用的用途。因此，本发明的疫苗和LNP可以静脉内施用。本发明还提供了根据本发明的疫苗和LNP的用途；其中疫苗是静脉内施用的。
本发明还提供了用于人类或兽类医学的根据本发明的LNP、药物组合物和疫苗。还考虑了将本发明的LNP、药物组合物和疫苗用于人类或兽类医学。最后，本发明提供了一种用于通过将根据本发明的LNP、药物组合物和疫苗施用至有需要的受试者来预防和治疗人类和兽类疾病的方法。
本发明进一步提供了根据本发明的LNP、药物组合物或疫苗用于免疫原性递送所述一种或多种核酸分子的用途。此效果特别地使用本发明的较大的LNP来实现，因为由于它们优先靶向脾脏。发现现有技术的小尺寸的LNP优先靶向肝脏，因此几乎没有或没有免疫原性作用。因此，本发明的LNP、药物组合物和疫苗在治疗若干人类和兽类疾病中非常有用。因此，本发明提供了用于治疗癌症或传染性疾病的本发明的LNP、药物组合物和疫苗。
在另一方面，本发明提供了用于制备根据本发明的LNP的方法，包括：
-制备包含所述可离子化的脂质、所述磷脂、所述甾醇、所述PEG脂质和合适的醇溶剂的第一醇组合物；
-制备包含所述一种或多种核酸和水性溶剂的第二水性组合物；
-使用以下设置在微流体混合装置中混合所述第一和第二组合物：
-总流速(FR)为约0.5至约8ml/min，优选为约1至4ml/min。
-流速比(FRR)为约1/1至5/1，优选为约2/1至约3/1。
更详细地，将脂质组分以合适的浓度组合在醇媒介物例如乙醇中。另外，添加包含核酸的水性组合物，然后将其装载在微流体混合装置中。
微流体混合的目的是在微型装置中实现多个样品(即脂质相和核酸相)的彻底和快速混合。通常通过增强不同物质流之间的扩散效果来实现这种样品混合。另外，可以使用几种微流体混合装置，例如在Lee等人，2011中综述的。根据本发明的特别合适的微流体混合装置是来自Precision Nanosystems的NanoAssemblr。
这种微流体混合装置的混合参数对获得的LNP的特性，特别是对其尺寸的影响很大。因此，为了获得大的LNP(即平均直径至少为140nm，优选至少为200nm)，FR和FRR参数是高度相关的。
总FR(Flow Rate，流速)是微流体混合的速度的量度，并且在现有技术中通常设置为8-12ml/min以允许充分混合，从而获得小的LNP以用于递送至肝脏。相反，在本发明中，将FRW设置为低得多，从而获得适用于本发明的较大的LNP。
FRR(流速比)是醇相中的脂质与水相中的核酸之间的比率，并且在本发明中通常设置为约2/1至约3/1。
实施例
实施例1.
在此第一个实施例中，评估了粒径对mRNA LNP的免疫原性的影响。为此，制备了相同组成的140nm和230nm尺寸的mRNA LNP。LNP以指定的脂质比率(mol％)包含50mol％的α-D-生育酚半琥珀酰(可离子化的脂质)、10mol％的DOPE、38.5mol％的胆甾醇和1.5mol％的DSG-PEG5000(聚乙二醇化的脂质)。LNP在Nano-Assemblr上使用不同的流速(FR；ml/min)和水/乙醇体积比(FRR)生产。以FR 4ml/min产生140nm尺寸的LNP，而以FR 1ml/min产生230nm尺寸的LNP。
图1显示了在小鼠中使用OVA/TriMix mRNA LNP(OVA：10μg；TriMix mRNA：15μg)进行单次静脉内施用后OVA特异性CD8+T细胞的百分比。从图1可以非常清楚地看出，与较小的LNP的免疫原性相比，较大的LNP的免疫原性高得多。
实施例2.
在此实施例中，确定了小鼠中不同尺寸和组成的OVA mRNA LNP在静脉内施用后的免疫原性。如图2所定义，所有LNP均以指定的脂质比率(mol％)包含α-D-生育酚半琥珀酰(可离子化的脂质)、DOPE、胆甾醇和DSG-PEG5000。也如图2所定义，LNP在Nano-Assemblr上使用不同的流速(FR；ml/min)和水/乙醇体积比(FRR)生产。免疫后6天，通过流式细胞术定量OVA特异性CD8T细胞的百分比。再次，从图2可非常清楚地看出，与较小的LNP的免疫原性相比，较大的LNP的免疫原性更高。
实施例3.
在此实施例中，确定了小鼠中不同尺寸和组成的OVA mRNA LNP在单次静脉内施用后的免疫原性。曲线图描绘了用OVA MHCI表位SIINFEKL(5μg/ml)对脾细胞进行再刺激后，分泌IFN-γ的CD8+T细胞/106个脾细胞的数量。如图3所定义，所有LNP以指定的脂质比率(mol％)包含α-D-生育酚半琥珀酰(可离子化的脂质)、DOPE、胆甾醇和DSG-PEG5000。也如图3所定义，LNP在Nano-Assemblr上使用不同的流速(FR；ml/min)和水/乙醇体积比(FRR)生产。免疫后6天，通过流式细胞术定量OVA特异性CD8+T细胞的百分比。
实施例4.
接下来，我们评估了改变PEG化脂质的效果，为此，用DSG-PEG5000或DMG-PEG2000制备了两种不同的组合物。测定了在静脉内注射含有OVA mRNA(10μg)和TriMix mRNA(15μg)的大尺寸的LNP后OVA特异性T细胞的百分比，并显示在图4中。在第0天和第20天免疫小鼠。对第15天和第39天的血液样品评估OVA特异性T细胞百分比。从图4可以清楚地看出，聚乙二醇化脂质的类型对LNP的免疫原性没有影响。
实施例5.
在此实施例中，我们使用140nm和230nm尺寸的mRNA LNP评估了小和大的LNP在重复免疫后的免疫原性(图5)。LNP以指定的脂质比率(mol％)包含50mol％的α-D-生育酚半琥珀酰(可离子化的脂质)、10mol％的DOPE(磷脂)、38mol％的胆甾醇和1.5mol％的DSG-PEG5000，如图5所定义。LNP含有10μg的OVA mRNA和15μg的TriMix mRNA(CD40L、CD70和caTLR4)。免疫后五天测量OVA特异性CD8 T细胞应答的百分比。
实施例6.
在此实施例中，我们比较了用不同尺寸的Fluc mRNA LNP静脉内注射小鼠后脾脏和肝脏中的mRNA表达(图6)。LNP以各自50/10/38.5/1.5的脂质比率包含α-D-生育酚半琥珀酰(可离子化的脂质)、DOPC、胆甾醇和DSG-PEG5000。通过使用不同流速的微流体混合(FR1相对FR4)产生不同尺寸的LNP。该图描述了通过ph/s/cm2/sr的体内生物发光测量的FlucmRNA的脾脏与肝脏表达的比率。
实施例7.
在此实施例中，我们证明了配制的静脉内mRNA LNP与结内方法相比引起更好的免疫原性和抗肿瘤功效。
使用的API的特征如下：
-E7 mRNA，柱纯化，10μg/施用
-免疫方案：每周3次
此实验的结果显示在图7中，其清楚地显示，在免疫原性和抗肿瘤功效这两者上，使用的使用mRNA LNP的静脉内方法优于结内方法。此外，在抗肿瘤功效和T细胞应答的量级之间似乎存在相关性。
实施例8.
在此实施例中，我们证明了T细胞对mRNA LNP制剂的应答是持久且可加强的。
为此，在免疫方案中使用了3种不同的制剂，其结果如图8所示。根据这些结果，可以得出以下观察结果/结论：
-在免疫3后40天具有高百分比的E7特异性T细胞的延长的收缩期
-记忆转换
-极好的召回应答：静脉内制剂疫苗能够得到加强。
实施例9.
在此实施例中，进行了进一步的实验，其证明了LNP的尺寸的影响。
为此，使用了以下实验设置：
-可离子化的脂质/胆甾醇/DOPE/DMG-PEG2000的比率–50/38.5/10/1.5
-三次静脉内免疫；第0、7、14天
-mRNA：编码OVA的mRNA，10μg/免疫
-在第一次免疫后第5、12、19和50天评估OVA特异性CD8 T细胞百分比
结果在图8中进行了详细说明，并清楚地显示，与平均尺寸仅为100nm的LNP相比，平均尺寸为150nm或200nm的LNP在T细胞应答方面显然具有高得多的免疫原性。
参考资料
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Claims (14)
1.一种脂质纳米颗粒（LNP），其包含：
-50mol％至65mol％的可离子化的脂质；
-5mol％至15mol％的选自包含DOPE、DOPC及其混合物的列表的磷脂；
-15mol％至40mol％的甾醇；
-0.5mol％至2mol％的PEG脂质；和
-一种或多种mRNA分子；
其特征在于，所述LNP具有160nm至230nm的最小平均直径，并且其中所述LNP配制用于静脉内施用，并且
其中所述可离子化的脂质是式（I）化合物：
其中：
RCOO选自包含以下的列表：肉豆蔻酰基、α-D-生育酚琥珀酰基、亚油酰基和油酰基；和
X选自包含以下的列表：
2.根据权利要求1所述的LNP，其中所述可离子化的脂质是式（I）的脂质，其中RCCO是α-D-生育酚琥珀酰基，和X是
3.根据权利要求1-2中任一项所述的LNP，其中所述甾醇选自包含以下的列表：胆甾醇、麦角甾醇、菜油甾醇、氧甾醇、antrosterol、链甾醇、nicasterol、谷甾醇和豆甾醇。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的LNP，其中所述甾醇是胆甾醇。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的LNP，其中所述PEG脂质选自包含以下的列表：PEG修饰的磷脂酰乙醇胺、PEG修饰的磷脂酸、PEG修饰的神经酰胺、PEG修饰的二烷基胺、PEG修饰的二酰基甘油、PEG修饰的二烷基甘油及其混合物。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的LNP，其中所述LNP包含50mol％至60mol％的所述可离子化的脂质。
7.根据权利要求1所述的LNP，其中所述mRNA分子选自包含以下的列表：免疫调节性多肽编码mRNA和/或抗原编码mRNA。
8.根据权利要求7所述的LNP，其中所述免疫调节性多肽编码mRNA选自包含以下的列表：编码CD40L、CD70和caTLR4的mRNA分子。
9.一种药物组合物或疫苗，其包含一种或多种根据权利要求1至8中任一项所述的LNP和可接受的药物载体。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的LNP或根据权利要求9所述的药物组合物或疫苗，其用于人类或兽医医学。
11.一种用于制备包含核酸的如权利要求1-8中任一项所定义的LNP的方法，所述方法包括以下步骤：
-制备包含可离子化的脂质、磷脂、甾醇、PEG脂质和醇溶剂的第一醇组合物；
-制备包含一种或多种核酸和补充有缓冲剂的水性溶剂的第二水性组合物；
-使用以下设置在微流体混合装置中混合所述第一醇组合物和所述第二水性组合物：
-总流速（FR）为1至4ml/min。
-流速比（FRR）为1/1至5/1。
12.根据权利要求11所述的方法，其中流速比（FRR）为2/1至3/1。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述醇溶剂为乙醇和/或所述水性溶剂为水。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的LNP或根据权利要求9所述的药物组合物或疫苗，其用于治疗癌症或感染性疾病。
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