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Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung ist ein Vektor zur Immunisierung gegen
eine Hepatitis.
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Sie
bezieht sich außerdem
auf eine Zusammensetzung, die diesen Vektor enthält.
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Die
Immunisierung durch Injektion von nackter DNA in die Muskelgewebe
war ab dem Jahr 1990 Gegenstand vieler Arbeiten.
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So
erreichten Ulmer et al. (Science, 259, 1745-1749, 1993) einen Schutz
gegen das Influenza-Virus durch Induktion der cytotoxischen T-Lymphozyten,
indem sie in die Quadriceps von Mäusen ein Plasmid injizierten,
das für
das Influenza A-Nukleoprotein codiert. Das verwendete Plasmid trägt entweder
den Promotor des Rous-Sarkom-Virus oder den Promotor des Cytomegalovirus.
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Raz
et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 4523-4527, 1993) injizierten
Vektoren, die den Promotor des Rous-Sarkom-Virus und ein Gen, das
für Interleukin-2,
Interleukin-4 oder die Wachstumsfaktor-Transformante des Typs β1 (TGF-β1) codiert,
umfassen. Die humoralen und zellulären Immunantworten der Mäuse, denen
diese Plasmide auf intramuskulärem
Weg verabreicht worden waren, wurden verbessert.
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Wang
et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90,4156-4160, 1993) injizierten
in die Mausmuskeln ein Plasmid, das ein Gen trägt, das für das Hüllprotein des HIV-1-Virus codiert.
Der Injektion der Plasmide ging eine Behandlung mit Bupivacain am
selben Ort im Muskel voraus. Die Autoren bewiesen das Vorliegen
von Antikörpern,
die fähig
sind, die Infektion durch das HIV-1-Virus zu neutralisieren. Man
wird jedoch feststellen, dass die DNA zweimal pro Woche für eine Gesamtzahl
von vier Injektionen injiziert wurde.
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Davis
et al. ( Bericht vom 28. Europäischen
Muskelkongress, Bielefeld, Deutschland, 21.-25. September 1992)
haben Plasmide, die ein für
Luciferase oder für β-Galactosidase
codierendes Gen tragen, injiziert, indem sie die Muskeln mit Saccharose
oder einem Kardiotoxin vorbehandelten. Die Autoren beobachteten
die Expression von Luciferase oder β-Galactosidase.
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Vor
kurzem wies ein Artikel, erschienen in Science et Avenir (September
1993, Seiten 22-25), darauf hin, dass es Whalen und Davis gelungen
war, Mäuse
gegen Hepatitis B-Virus zu immunisieren, indem sie ihnen nackte
DNA des Virus in die Muskeln injizierten. Eine vorangehende Injektion
von Schlangengift-Toxin, gefolgt von der DNA-Injektion 5-10 Tage
später,
wurde allgemein beschrieben. Es wurde dargelegt, dass diese Methode
nicht praktikabel ist.
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Diesen
Arbeiten gingen andere Experimente voraus, in denen verschiedene
DNA injiziert wurden, insbesondere in muskuläre Gewebe. So offenbart die
Anmeldung PCT/US 90/01515 (veröffentlicht
unter der Nummer WO 90/11092) verschiedene Plasmidkonstruktionen,
die insbesondere in muskuläres
Gewebe zur Behandlung der Muskeldystrophie injiziert werden können. Dennoch
legt dieses Dokument dar, dass die DNA vorzugsweise in Liposome
injiziert wird.
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Dies
gilt auch für
das kanadische Patent CA 362.966 (publiziert unter der Nummer 1
169 793), das die intramuskuläre
Injektion von Liposomen beschreibt, die DNA enthalten, die insbesondere
für die
Antigene HBs und HBc codiert. Die in diesem Patent beschriebenen
Resultate erwähnen
die Expression der Antigene HBs. Das Vorliegen von Anti-HBs-Antikörpern wurde
nicht untersucht.
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Die
Internationale Anmeldung PCT/FR 92/00898 (veröffentlicht unter der Nummer
WO 93/06223) beschreibt virale Vektoren, die auf dem Blutweg bis
zu Targetzellen transportiert werden können. Diese Vektoren werden
von den Rezeptoren von Zellen wie beispielsweise den Muskelzellen
erkannt und können
in der Behandlung von Muskeldystrophie oder Thrombose verwendet
werden.
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Diese
Anmeldung betrifft nicht die Immunisierung gegen Virus, wie z.B.
das von Hepatitis B.
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Aus
dem Stand der Technik geht hervor, dass, wenn man schon die Immunisierungstechniken
gegen Hepatitis durch Injektion nackter DNA kennt, diese eine große Zahl
von Unzulänglichkeiten
aufweisen, die sie in der Durchführung
nicht praktikabel machen.
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Die
nackte DNA, die zum Vakzinieren der Mäuse verwendet wurde, war die
nackte DNA des Virus. Dieser Behandlungstyp ist wegen der Risiken
für die
Patienten für
die humane Impfung nicht in Betracht zu ziehen.
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Schließlich zeigten ältere Versuche,
in denen die injizierte DNA in Liposomen enthalten ist, keine Immunantwort.
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Die
Anmelderin beschäftigte
sich damit, neue Konstruktionen von Vektoren zu finden, die eine
Immunisierung gegen Hepatitis ermöglichen, ohne jedoch negative
Konsequenzen für
die humane Gesundheit zu haben.
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Sie
beschäftigte
sich andererseits damit, einen Zusatzstoff bzw. ein Additiv für Zusammensetzungen zu
finden, die diese Konstruktionen enthalten, das eine wirksame Entartung
des Muskelgewebes vor der Injektion der DNA ermöglicht und mit den Anforderungen
bezüglich
der menschlichen Gesundheit kompatibel ist.
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Die
Anmelderin hat in überraschender
Weise gezeigt, dass man einen Antikörperspiegel erhalten kann,
der wirksam ist und anhaltend ist, der weit über dem Spiegel liegt, der
es ermöglicht,
beim Menschen einen wirksamen und dauerhaften Immunschutz gegen
die Infektion durch das Virus der Hepatitis zu erreichen, indem
man durch intramuskuläre
Injektion einen Vektor, der eine definierte Konstruktion hat, und
eine Substanz, die fähig
ist, eine Koagulationsnekrose der Muskelfasern zu induzieren, verabreicht.
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Gegenstand
der vorliegenden Anmeldung ist demnach ein Nukleotidvektor, umfassend
wenigstens:
- – ein Gen oder eine komplementäre DNA,
die für
wenigstens einen Teil eines Proteins eines Virus codiert;
- – die
nicht-translatierte Terminationssequenz des genannten Gens oder
der komplementären
DNA, die das Polyadenylierungssignal enthält; und
- – einen
Promotor, der die Expression dieses Gens in Muskelzellen erlaubt.
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Der
genannte Vektor kann sich in diesen Zellen nicht replizieren.
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Er
kann auch replikativ sein, was es ermöglicht, eine erhöhte Kopienzahl
pro Zelle zu erhalten, und die Immunantwort zu verbessern.
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Der
Vektor wird außerdem
so gewählt,
dass seine Integration in die Zell-DNA vermieden wird, da bekannt
ist, dass solche Integrationen die Onkogene aktivieren und die Karzinogese
der Zellen induzieren.
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Der
erfindungsgemäße Vektor
ist vorzugsweise ein Plasmid, teilweise bakteriellen Ursprungs,
das insbesondere einen bakteriellen Replikationsursprung und ein
Gen, das seine Selektion ermöglicht,
z.B. ein Gen für
Resistenz gegen ein Antibiotikum, trägt.
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Dieser
Vektor kann auch mit einem Replikationsursprung ausgestattet sein,
der es ihm ermöglicht,
sich in den Muskelzellen seines Wirts zu replizieren, z.B. ein Replikationsursprung
des Rinder-Papillomavirus.
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Das
Gen oder die komplementäre
DNA, das/die in diesem Vektor enthalten ist, codiert vorteilhafter Weise
für ein
Strukturprotein eines Virus, kann aber auch für ein Regulatorprotein codieren.
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Das
Gen oder die komplementäre
DNA, das/die von diesem Vektor getragen wird, kann für wenigstens einen
Teil eines Proteins des Virus einer Hepatitis, insbesondere Hepatitis
B, und vorzugsweise das Protein HBs in einer seiner S-Formen, S-preS2
oder S-preS2-preS1,
codieren, wenn das Gen das S-Gen ist.
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Das
Virus kann auch für
eine andere Hepatitis verantwortlich sein, z.B. eine Hepatitis A
oder eine Nicht-A-, Nicht-B-Hepatitis, z.B. Hepatitis C, E oder
delta.
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Die
Sequenzen der Gene oder der Proteine der Viren dieser Hepatitis
sind in den folgenden Dokumenten beschrieben oder können daraus
abgeleitet werden:
- Patent FR-79 21 811, Patent FR 80 09 039 , Patent EP-81 400 634,
- Patent FR 84 03 564 ,
Patent EP 91 830 479 und
der Artikel von Najarian et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1985,
82, 2627-2631).
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Der
Vektor kann auch Gene, die wenigstens teilweise für das Protein
gp160 des HIV 1-Virus
codieren, das mit dem Protein p25 und/oder dem Protein p55 und/oder
dem Protein p18 assoziiert ist, oder auch ein Gen, das für das Rev-Protein
des HIV 1-Virus codiert, umfassen.
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Der
Vektor kann auch anstelle eines Proteins eines Virus ein Protein
eines pathogenen Mikroorganismus, z.B. ein Protein des Bakteriums,
das für
Diphterie, Keuchhusten, Listeriose verantwortlich ist, Tetanustoxin
usw. umfassen.
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Der
Promotor, der von diesem Vektor getragen wird, ist vorteilhafter
Weise der Promotor des Cytomegalovirus (CMV). Er kann jedoch jeder
andere Promotor sein, der eine wirksame Expression des Gens in den Muskelzellen
ermöglicht.
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Er
kann demnach sein:
- – ein interner oder endogener
Promotor, d.h. ein Promotor des Virus, aus dem das Gen stammt; ein
derartiger Promotor kann durch ein Regulierungselement des Muskels
oder eines anderen Gewebes vervollständigt sein, insbesondere durch
ein Aktivatorelement;
- – ein
Promotor eines Gens eines Proteins des Cytoskeletts, insbesondere
Desmin, wie es von Bolmont et al. (Journal of submicroscopic cytology
and pathology, 1990, 22, 117-122) und Zhenlin et al. (Gene, 1989, 78,
243-254) beschrieben wurde;
- – der
Promotor der Oberflächengene
des HBV-Virus.
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Ganz
allgemein kann der Promotor zum Wirt heterolog sein, d.h. er wird
natürlicher
Weise bei dem Wirt nicht gefunden, vorteilhafter Weise ist er aber
homolog, wobei er ursprünglich
in einem anderen Gewebe als dem Muskelgewebe aktiv ist.
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Außer dem
Promotor kann der Vektor eine Terminierungssequenz der Transkription
umfassen, die stromabwärts
des Gens angeordnet ist.
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Ein
derartiger Vektor kann z.B. das Plasmid pCMV/HBS oder pRCCMV-HBS
sein, das die Sequenz SEQ ID NO: 1 hat, das bei der Collection Nationale
de Cultures des Microorganismes beim Institut Pasteur (CNCM) am
21. Oktober 1993 unter der Eingangsnummer I-1370 hinterlegt wurde.
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Er
kann auch das Plasmid pRSV/HBS sein, das am 21. Oktober 1993 unter
der Nummer I-1371 bei der CNCM hinterlegt wurde.
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Dieses
Plasmid hat eine ähnliche
Struktur wie pCMV/HBS, umfasst aber den Promotor des Rous-Sarkom-Virus
(RSV) anstelle des Promotors des Cytomegalovirus (CMV).
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Andere
Plasmide können
sein:
- – pCMVHB-S1.S2.S,
das durch Insertion des Bgl II-Bgl II-Fragments des S-Gens, das
aus pCP10 erhalten worden war, in einen pBlueScript-Vektor, welcher
so modifiziert worden war, dass er zusätzliche Klonierungsstellen
im "Polylinker"-Teil enthält, konstruiert
worden war. Das Fragment, das das S-Gen enthält, wurde dann durch KpnI-BssH
II-Verdau entfernt, dann in die entsprechenden Stellen des pcDNA
3 (Invitrogen, Rad Systems Europe Ltd., Abingdon GB) kloniert, um
das pCMVHB-S1.S2.S zu erhalten. Dieses Plasmid wurde bei der CNCM
unter der Nummer I-1411 hinterlegt.
- – pCMVHB-S2.S,
das erhalten wurde, indem der pre-S1-Teil des HBS-Gens des pCMVHB-S1.S2.S
durch KpnI/MstI-Verdau eliminiert wurde, dann nach Behandlung mit
der Nuclease S1 die zwei Enden ligiert wurden. Das pCMVHB-S2.S wurde
bei der CNCM unter der Nummer I-1410 hinterlegt.
- – pHBV-S1.S2.S,
das bei der CNCM unter der Nummer I-1409 hinterlegt wurde, wurde
durch Insertion des Bgl II-Bgl II-Fragments des S-Gens, erhalten
aus pCP10, in einen pBlueScript-Vektor, der so modifiziert war,
dass er zusätzliche
Klonierungsstellen im "Polylinker"-Teil enthielt, erhalten;
- – pBS-SKT-S1.S2.S
codiert für
die drei Hüllproteine
S, S-preS1 und S-preS1-preS2 des HBV-Virus.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf Nukleotidvektoren
wie die oben beschriebenen, die einen Promotor umfassen, der mit
dem Wirt homolog ist, und eine andere Regulierungssequenz für die Expression
eines Gens oder einer komplementären
DNA, codierend für
eines der vorgenannten Proteine, umfasst.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Vakzin oder ein
Medikament, das wenigstens einen Vektor oder eine Nukleotidsequenz – wie oben
definiert – enthält.
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Gegenstand
ist auch eine Zusammensetzung, die fähig ist, eine cytotoxische
Reaktion zu induzieren, die aus wenigstens einer Nukleotidsequenz
besteht, die in den Muskelzellen exprimiert wird, und die einen
Promotor, wie er oben definiert ist, enthält.
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Sie
bezieht sich auch auf eine pharmazeutische Nicht-Lipid-Zusammensetzung,
die zur Immunisierung gegen eine Virusinfektion wie Hepatitis bestimmt
ist, wenigstens umfassend einerseits eine Substanz, die fähig ist,
eine Koagulationsnekrose der Muskelfasern zu induzieren, und andererseits
einen Vektor, wie er oben beschrieben wurde, oder umfassend eine
der Nukleotidsequenzen, wie sie oben beschrieben wurden, vollständig oder
partiell. Unter partieller Sequenz versteht man eine Sequenz, die
für wenigstens
sechs Aminosäuren
codiert.
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Vorteilhafter
Weise ist die genannte Substanz Bupivacain.
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In
vorteilhafter Weise ist die genannte Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet,
dass der Vektor in den Muskel des Individuums, das zu immunisieren
ist, mindestens 5 Tage nach der Verabreichung des Bupivacains verabreicht
wird, und zwar ungefähr
an derselben Stelle.
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Eine
solche Vor-Verabreichung von Bupivacain erlaubt es in überraschender
Weise, die Wirksamkeit der Verabreichung des Vektors so wie die
Immunisierung des Individuums zu verstärken.
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Vorteilhafter
Weise wird der Vektor 10 Tage nach Verabreichung des Bupivacains
verabreicht, und zwar ungefähr
an derselben Stelle in den Muskel des Individuums.
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Die
erfindungsgemäße Zusammensetzung
kann darüber
hinaus kompatible und pharmazeutisch annehmbare Adjuvanzien enthalten.
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Eine
solche Zusammensetzung wird vorzugsweise durch intramuskuläre Injektion
verabreicht. Die Injektion kann mit Hilfe einer zu diesem Gebrauch
bestimmten Spritze, aber auch mit Hilfe einer Flüssigkeitsstrahlpistole, z.B.
die, die von Furth et al. (1992, Anal. Biochem. 205, 365-368) beschrieben
wurde, verabreicht werden.
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Die
Mengen an Bupivacain, die notwendig sind, um eine ausreichende Degeneration
des muskulären Gewebes
zu erreichen, um eine optimale Immunisierung zu erhalten, liegen
in der Größenordnung
von 0,10 mg bis 10 mg pro Dosis der injizierbaren Zusammensetzung.
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Die
zu injizierenden Mengen an Vektoren zur Erreichung einer optimalen
Immunisierung des Individuums gegen eine Hepatitis variieren in
Abhängigkeit
von dem Protein, welches durch das vom Vektor getragene Gen codiert
wird. Typischerweise wird man zwischen 0,1 und 1.000 μg Vektoren
pro Individuum injizieren.
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Die
Vektoren können
durch dem Fachmann bekannte Verfahren erhalten werden, insbesondere
durch Synthese oder durch gentechnologische Verfahren.
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Derartige
Verfahren sind insbesondere in dem technischen Handbuch:
Maniatis
T. et al. 1982 – Molecular
Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor – Herausgeber,
New York, beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die Beispiele, die folgen, erläutert, ohne
sie zu beschränken.
In diesen:
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ist 1 eine
schematische Darstellung des Plasmids pRC/CMV-HBs;
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sind
die 2A bis 2D schematische
Darstellungen der Plasmide pCMVHB-S, pCMVHB-S2.S, pCMVHB-S1.S2.S
und pHBV-S1.S2.S;
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sind
die 3, 4 und 5 schematische
Restriktionskarten der Plasmide pCMVHB-S2.S, pCMVHB-S1.S2.S und pRSV-HBS;
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veranschaulicht 6 die
Sekretion der antigenen Partikel HBs (HBs Ag) in ng/ml (auf der
Ordinate) in Funktion der Zahl der Tage (auf der Abszisse) durch
Zellen, die die Plasmide pCMVHB-S, pCMVHB-S1.S2.S, pHBV-S1.S2.S,
pSVS oder pCMVHB-S2.S tragen;
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veranschaulichen
die 7A und 7B die
Präsentation
der Antigene preS1 und preS2 auf
bestimmten Partikeln der 6 durch die Antikörper Anti-preS1 und Anti-preS2. Die Bildung der Antikörper-Antigen-Komplexe
wird durch die optische Dichte (Ordinate) als Funktion der Antigenkonzentration
gezeigt;
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stellen
die 8A bis 8D die
Anti-HBS-Reaktionen (HBs Ab auf der Ordinate, ausgedrückt in mIU/ml)
und die Anti-preS2-Reaktionen (preS2 Ab auf der Ordinate, ausgedrückt als
O.D.) von Mäusen
dar, die mit pCMVHB-S (8A), pCMVHB-S2.S (8B), pCMVHB-S1.S2.S (8C)
bzw. pHBV-S1.S2.S (8D) geimpft worden waren;
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stellt
die 9 die Antikörperreaktion,
Immunglobuline IgG und IgM, (Titer auf der Ordinate) einer mit pCMVHB-S2.S
geimpften Maus als Funktion der Zahl der Wochen (auf der Abszisse)
dar;
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stellen
die 10A bis 10C die
Anti-Gruppe-Reaktionen und die Anti-Subtyp-Reaktionen ay dar, die durch die DNA
von pCMV-S (DNA) oder das Antigen HBS (prot) bei den Mäusen B10
(10A), B10S (10B) bzw. B10M (10C) induziert wurden;
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stellen
die 10D bis 10F die
Anti-Gruppe a-Reaktionen dar, die durch die DNA von pCMV-S (DNA)
bzw. das Antigen HBS (prot) bei den Mäusen B10 (10D), B10S (10E)
und B10M (10F) induziert wurden;
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stellt 11 eine
lineare Restriktionskarte des Plasmids pBS-SKT-S1.S2.S dar.
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BEISPIEL 1:
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Induktion von Antikörpern gegen
ein Oberflächenantigen
der Hepatitis B durch sequenzielle Injektion von Bupivacain und
einem Plasmid das ein Gen trägt,
das für
das Antigen codiert
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1) Materialien und Verfahren
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1.1 Vorbehandlung durch
Bupivacain.
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Alle
Experimente wurden an den Muskeln des vorderen Schienbeins (Tibia
anterior = TA) von C57BL/6J-Mäusen
mit einem Alter von 5 bis 7 Wochen durchgeführt.
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Ein
einzelner Zyklus der Degeneration und der Regeneration von Muskelfasern
wird in den Muskeln des vorderen Schienbeins von nicht-anästhesierten
Mäusen
durch intramuskuläre
Injektion von 50 μl
Marcain (0,5 % Bupivacain, 1 % DMSO), das von Laboratoires Astra,
Frankreich, im Handel ist, induziert. Die Lösung wird injiziert, indem
eine Tuberkulosespritze und eine Nadel, die in einen Polyethylenmantel
eingesetzt war, um die Penetration auf eine Tiefe von 2 mm zu beschränken, verwendet
wurden.
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Marcain
ist ein Anästhetikum,
die Injektionen in das rechte und linke Bein erfolgen im Abstand
von 10 bis 30 Minuten, um eine Überdosierung
zu vermeiden.
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1.2. Herstellung der DNA
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Das
verwendete Plasmid wurde durch Klonierung in einen pBluescript-Vektor
konstruiert, der durch das Xho I-Bgl II-Restriktionsfragment des
Plasmids pCP 10 modifiziert war, das das Gen, das für das Oberflächenantigen
HBS codiert, und nicht-translatierte Sequenzen stromaufwärts und
stromabwärts,
einschließlich des
Polyadenylierungssignals, enthält.
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Das
Gen S wurde anschließend
durch Verdau mit Hilfe der Enzyme KpnI-BssHII gewonnen, und das Fragment
wurde in die Stelle des Vektors pRC/CMV, im Handel von Invitrogen,
kloniert. Die fertige Plasmidkonstruktion wurde pCMV-HBS genannt
und wurde bei der CNCM unter der Nummer I-1370 hinterlegt.
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Dieses
Plasmid ist schematisch in 1 dargestellt.
Der Promotor CMV liegt zwischen dem Nukleotid 228, das die Schnittstelle
des MluI ist, und dem Nukleotid 296, das die Schnittstelle des KpnI
ist. Das DNA-Fragment, das das Strukturgen des Antigens HBs umfasst,
wurde zwischen die Nukleotide 896 und 2852 (Stelle des BssH III)
kloniert.
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Das
HBs-Gen erstreckt sich zwischen den Nukleotiden 911 (XhoI-Stelle)
und 2768 (Bgl II-Stelle).
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Die
vollständige
Sequenz dieses Plasmids ist die Sequenz SEQ ID NO: 1.
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Die
gereinigte Plasmid-DNA wurde durch Standardmethoden hergestellt,
im PBS-Puffer wieder
aufgelöst
und bis zur Injektion bei –20°C gelagert.
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1.3 Injektion der DNA
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Ein
bis 5 Tage nach Injektion des Marcains injiziert man an der gleichen
Stelle die DNA, wobei die Maus mit Hilfe von Natriumpentobarbital
anästhesiert
ist (75 mg/kg auf intraperitonealem Weg).
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Die
DNA-Lösung,
die 50 μg
Plasmid-DNA und 50 μl
PBS-Puffer enthielt, wurde im Verlauf der Regeneration des vorderen
Schienbeins durch eine einzelne intramuskuläre Injektion in die Muskeln
injiziert.
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Injektionen
wurden bilateral vorgenommen, und zwar in die zwei Pfoten der Mäuse, wobei
jedes Tier auf diese Weise insgesamt 100 μg rekombinante Plasmid-DNA erhielt.
Wie für
die Injektion des Marcains injiziert man die DNA-Lösung unter
Verwendung der Tuberkulosespritze und der vorstehend beschriebenen
Nadel.
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Für jede Pfote
wurde eine einzelne intramuskuläre
DNA-Injektion vorgenommen.
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2. Resultate
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Die
erhaltenen Resultate sind in der folgenden Tabelle I zusammengefasst.
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Sie
zeigen ganz deutlich, dass die Injektion von DNA nach Behandlung
durch das Marcain es ermöglicht,
bedeutende Titer an Serum-Antikörpern
gegen das Oberflächenantigen
der Hepatitis B zu erhalten.
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Diese
Resultate sind überraschend,
denn die Analyse des Standes der Technik ermöglicht es nicht, anzunehmen,
dass ein Plasmid die Induktion von Anti-HBs-Antikörpern ermög lichen
würde,
die in dem Serum wieder gefunden werden und somit eine wirksame
Impfung ermöglichen.
Die Einfachheit der Durchführung
der Impfung durch Plasmide und die Tatsache, dass es nicht notwendig
ist, Wiederholungen durchzuführen,
erlaubt es, eine Impfung in großem
Maßstab
ins Auge zu fassen.
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BEISPIEL 2:
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Vergleich
der Wirksamkeit der Injektion eines Plasmids in Gegenwart und in
Abwesenheit von Lipiden
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Eine
Dosis von 10 μg
Plasmid-DNA des Vektors SV40-Luciferase, die im Handel verfügbar ist ("pG12-Kontrollvektor" von Promega, Referenz
E1 11) in 50 μl
physiologischer Lösung
wird in einen Muskel injiziert, der nach dem Verfahren von Davis
et al. (Hum. Gene Ther. 4:151-159 (1993)) mit Saccharose vorbehandelt
worden war. Die injizierte DNA wurde vorher mit Lipiden wie z.B.
Dioctadecylamidoglycylspermin (DOGS) oder den folgenden Gemischen:
DOGS + Spermidin und DOGS + Polyethylenglykol (PEG) vermischt. Die
Aktivität
der Luciferase wird 5 Tage nach der Injektion gemessen.
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Diese
Resultate sind in der später
folgenden Tabelle II angegeben.
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Sie
zeigen, dass das Vorliegen von Lipiden (DOGS) in bedeutender Weise
die Wirksamkeit der Injektion des Plasmids im Vergleich zu einer
Zusammensetzung ohne Lipide (Vergleich) vermindert.
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BEISPIEL 3:
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Vergleich der Reaktionen
von Mäusen
und Kaninchen auf Plasmide die verschiedene Promo toren und Gene der
Hülle des
Virus HBV tragen.
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Es
wurden vier Plasmide konstruiert, die die Expression von einem,
zwei oder drei Hüllproteinen
des HBV-Virus ermöglichen.
In drei dieser Konstruktionen (pCMVHB-S, pCMVHB-S2.S, pCMVHB-S1.S2.S)
wurden die Gene, die für
die Hüllproteine
des HBV-Virus codieren,
unter die Transkriptionskontrolle des Promotors der frühen Gene
des CMV-Virus gestellt
(1, 2A bis 2C, 3 und 4).
Das vierte Plasmid (pHBV-S1.S2.S) verwendet als Transkriptionskontrollelement
den Promotor der Oberflächengene
des HBV-Virus, der in der Region pre-S 1 dieses Virus enthalten
ist (Cattaneo et al. (1983) Nature, 305, 336) (2D).
In den vier Konstruktionen ist das verwendete Polyadenylierungssignal
in den HBV-Sequenzen, die 3' des
Gens S vorliegen, enthalten.
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1. In vitro-Kontrolle
der Wirksamkeit der Vektoren
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Um
die Wirksamkeit dieser Vektoren in vitro in den eukaryotischen Zellen
zu kontrollieren, wurden Maus-Fibroblasten und -myoblasten transfiziert.
Ein Plasmid, das die drei Hüllproteine
unter der Kontrolle des SV40-Promotors (pSVS) exprimiert, wurde
als Kontrolle verwendet (Michel et al. 1984, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
81, 7708-7712). 6 zeigt die Kinetik der Sekretion
der HBs-Partikel in den Kulturüberständen. Die schwachen
Antigentiter, die durch Transfektion des Vektors pCMVHB-S1.S2.S
produziert werden, sind mit einer starken Synthese des großen Hüllproteins
ausgehend vom CMV-Promotor kompatibel. Dieses Protein, das in seinem
Amino-terminalen Teil myristyliert ist, wird im endoplasmatischen
Retikulum zurückgehalten
(Ganem (1991), Current Topics in Microbiology and Immunology, 168,
61-83). Die Retention von Proteinen, die pre-S1-Determinanten tragen,
in der Zelle wurde durch Immunfluoreszenz bestätigt.
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Die
Zusammensetzung der sekretierten Partikel wurde in einem ELISA-Sandwich-System analysiert, das
als Fangantikörper
einen monoklonalen Mausantikörper,
der spezifisch für
die Determinanten pre-S1 (7A) oder
pre-S2 (7B) ist, und als zweiten Antikörper ein
polyklonales Kaninchen -Anti-HBs-Serum verwendet. Diese Experimente
zeigen, dass die AgHBs-Partikel, die vom Vektor pCMVHB-S1.S2.S produziert werden,
die Determinanten pre-S 1 und pre-S2 tragen, was das Vorliegen des
großen
und mittleren Hüllproteins
des HBV-Virus anzeigt. Die Partikel, die nach Transfektion des Vektors
pCMVHB-S2.S und pHBV-S1.S2.S sekretiert werden, tragen zusätzlich zu
den Hbs-Determinanten die Determinanten pre-S2, die für das mittlere Hüllprotein
charakteristisch sind.
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2) Inokulation der DNA
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Die
DNA, die an einer Quiagen-Säure
gereinigt worden war, wurde auf intramuskulärem Weg in einer einzelnen
Injektion mit 100 μg
(50 μg/Pfote)
in den vorderen Muskel der Tibia von C57BL6-Mäusen (8 Mäuse pro Gruppe) injiziert.
5 Tage vor der Injektion war der Muskel durch das Cardiotoxin vorbehandelt
worden, um eine Degeneration, gefolgt von einer Regeneration der
Muskelzellen zu induzieren, was die Aufnahme der DNA durch diese
Zellen begünstigt.
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Es
wurden auch Injektionsexperimente mit der DNA bei dem Kaninchen
durchgeführt.
In diesem Fall wurde die DNA pCMVHB-S in den normalen Muskel ohne
Degeneration entweder mit einer Injektionspistole ohne Nadel, dem
Biojector®,
oder mit Hilfe herkömmlicher
Spritzen, die mit Nadeln ausgestattet sind, verabreicht.
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3) Anti-HBs-Reaktionen
von Mäusen
die mit DNA geimpft worden waren
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Eine
Antikörperantwort
gegen HBs wird durch eine einzelne Injektion des einen oder des
anderen der vier verwendeten Plasmide induziert.
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Die
Antikörperantwort
wurde mit Hilfe eines Kits, der zur Detektion von Antikörpern gegen
HBs im Handel ist (Monolisa-Anti-HBs, Diagnostic Pasteur) analysiert.
Die AntipreS2-Antikörper
wurden in einem ELISA-System detektiert, das an der festen Phase
ein Peptid der Region pre-S2 (AA 120-145), die dem Hauptepitop B
entspricht, das durch diese Domäne
getragen wird, verwendet (Neurath et al. (1985) Nature, 315, 154).
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Die 8A und 8D zeigen
die Kinetik der Anti-HBs-Reaktion (HBs-Ab), die in Milli-Internationalen Units/ml
ausgedrückt
ist, und der Anti-pre-S2-Reaktion (preS2Ab), die als optische Dichte
(492 nm) gemessen wird, für
1/100 verdünnte
Seren. Die Entwicklung wird mit Hilfe eines Maus-Anti-Immunglobulin
(IgG)-Antikörpers,
der mit Peroxidase markiert ist, durchgeführt.
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Die
Injektion des Plasmids pCMVHB-S (8A) induziert
eine konstante Synthese von Anti-HBs-Antikörpern. Die Serokonversion wird
bei 100 % der Mäuse
ab einer Woche nach Injektion mit einem mittleren Antikörpertiter
von 48 mIU/ml (12 bis 84 mIU/ml, Standardabweichung (SA) = 28) erreicht,
was 4- bis 5-mal höher
als der Schwellenwert ist, der bei Menschen erforderlich ist, um
Schutz zu verleihen (10 mIU/ml).
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Die
durch eine einzige Injektion des Plasmids pCMVHB-S2.S induzierte
Reaktion (8B) ist durch das sehr frühe Auftreten
von Anti-HBs-Antikörpern
gekennzeichnet. Diese Antikörper
erreichen einen mittleren Titer von 439 mIU/ml (104 bis 835 mIU/ml;
SA = 227) nach einer Woche, dann nehmen sie ab, um wiederzuzunehmen,
und bei 13 Wochen den Anfangswert zu erreichen. Die Bedeutung dieses
Antikörperpeaks
wird später
diskutiert. Ein Peak von Antikörpern
IgG gegen Anti-pre-S2 wird nach 2 Wochen beobachtet.
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Das
Auftreten von Anti-HBs-Antikörpern,
die durch Injektion der Plasmide pCMVHB-S1.S2.S (8C) und
pHBV-S1.S2.S (8D) induziert wurden, ist leicht
verzögert,
da die Mäuse
erst ab 2 Wochen zu 100 % serokonvertierten. Das Profil der Serokonversion
ist identisch, es ist durch eine spezifische Anfangsreaktion auf
das Antigen pre-S2 gekennzeichnet, gefolgt von einer Anti-HBs-Reaktion,
die allmählich
ansteigt, um Werte von 488 mIU/ml (91 bis 1034 mIU/ml; SA = 552)
(pCMVHB-S1.S2.S) und 1725 mIU/ml (143 bis 6037 mIU/ml; SA = 1808)
(pHBV-S1.S2.S) nach 13 Wochen zu erreichen.
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4) Anti-HBs-Reaktion der
mit DNA geimpften Kaninchen
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Die
in den Tabellen III und IV angegebenen Resultate zeigen, dass die
Antikörpertiter,
die nach 8 Wochen bei den Kaninchen detektiert wurden, die mit dem
Biojector immunisiert wurden, deutlich über denen liegen, die durch
Injektion der DNA mit der Nadel erhalten wurden.
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5. Qualitative
Analyse der humoralen Reaktion
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ELISA-Systeme,
die an der festen Phase HBs-Antigene mit bezüglich der präsentierten
Determinanten unterschiedlichen Zusammensetzungen trugen und als
zweiten Antikörper
spezifisch Antikörper
der Maus-IgM oder -IgG verwenden, ermöglichen es, die erhaltene Antikörperreaktion
qualitativ zu analysieren.
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In
allen Fällen
ist die einzige Injektion der DNA bei der Maus durch das frühe Auftreten
von spezifischen IgM des AgHBs, unmittelbar gefolgt von der Umwandlung
in Antikörper
des IgG-Isotyps, der für
die Memory-Reaktion charakteristisch ist, die mit Hilfe von Hilfs-T-Zellen
induziert wird. Die Antikörperreaktion
auf die Injektion der DNA ist durch ihre Frühzeitigkeit gekennzeichnet.
In der Tat wird die Serokonversion 8 bis 10 Tage nach der Injektion,
entsprechend dem verwendeten DNA-Typ erhalten, und in allen Fällen ist
die Ebene in 4 Wochen erreicht und wird während 12 Wochen kontinuierlich
aufrechterhalten.
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Die
Verwendung des HBs-Antigens des heterologen Subtyps (ad), der an
den ELISA-Plättchen fixiert ist,
ermöglicht
es, das Vorliegen von spezifischen Antikörpern der Anti-a-Gruppe im Serum der
Mäuse zu
zeigen und durch den Unterschied in der Reaktivität gegenüber AgHBs
desselben Subtyps (ay) das Vorliegen von spezifischen Antikörpern des
Anti-y-Subtyps zu
beweisen. Das Vorliegen der spezifischen Antikörper der Determinanten der
Gruppe des AgHBs ist sehr wichtig, denn diese sind fähig, in
virulenten Versuchen an Schimpansen Schutz gegen Viren des heterologen
Subtyps zu verleihen (Szmuness et al. (1982) N. Engl. J. Med. 307,
1481-1486).
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Die
Analyse der durch den Vektor pCMV-S2.S induzierten Reaktion zeigt,
dass diese eine beachtliche Ähnlichkeit
mit derjenigen zeigt, die man beim Menschen im Verlauf der Infektion
beobachten kann. Sie ist durch einen Peak an spezifischen IgM der
Region pre-S2 gekennzeichnet, der extrem früh auftritt (8 Tage), unmittelbar
gefolgt von einer Umwandlung in Anti-pre-S2-IgG (9).
Auf diese Reaktion folgt das Auftreten der Antikörper Anti-HBs-IgM, dann -IgG.
Die Produktion der Anti-HBs-Antikörper ist konstant und erreicht
nach 4 Wochen ein Maximum. Nach 13 Wochen bleiben die Anti-HBs-
und Anti-pre-S2-IgG anhaltend bei einem konstanten Level.
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Die
Anti-Subtyp (y)-Reaktion geht der Anti-Gruppe (a)-Reaktion derselben
Art, wie sie während
der Vakzinierung mit dem rekombinanten Vakzin beschrieben wurde
(Tron et al. (1989) (J. Infect.Dis. 160, 199-204) voraus.
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Die
Reaktion, die mit den drei anderen DNA-Vakzinen erhalten wird, zeigt
die Klassenumwandlung IgM → IgG,
die für
die Sekundärantwort
charakteristisch ist. Die Antwort ist zunächst gegen den Subtyp gerichtet,
bevor sie gegen die Determinanten der Gruppe des AgHBs gerichtet
ist.
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Die
Langzeitreaktion, die für
die DNA pCMVHB-S untersucht wurde, zeigt, dass der Antikörperpeak
in 3 Monaten erreicht ist und dass dieser 6 Monate lang beim gleichen
Titer bleibt (Tabelle V).
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6) Genetisches Vakzin
und Nicht-Reaktion
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Ein
Hauptproblem der Impfung gegen Hepatitis B bleibt die erhöhte Zahl
der Individuen, die auf die klassische Impfung nicht reagieren (2,5
bis 5 %). Die Nicht-Reaktion beim Menschen kann mit bestimmten HLA-Typen
und mit einem Fehlen der Präsentation
des Antigens oder der Stimulation der Helfer-T-Zellen in Korrelation
gebracht werden (Krustall et al. (1992) J. Exp. Med. 175, 495-502).
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Um
den möglichen
Einfluss der genetischen Impfung auf die Nicht-Reaktion auf AgHBs
zu untersuchen, wurde eine Gruppe von Mausstämmen, deren Reaktion auf verschiedene
Hüllproteine
des HBV-Virus genetisch reguliert ist und durch Millich et Koll.
(1986, J. Immunol. 137, 315) gut charakterisiert wurde, verwendet.
Die Konstruktion pCMVHB-S, die vorstehend beschrieben wurde, wurde
in die Muskeln der Mäuse B10(H-2b),B10.S(H-2s) und
B10.M (H-sf) injiziert.
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Der
Stamm B10 reagiert auf die drei Hüllproteine des Virus, der Stamm
B10.S reagiert nicht auf AgHBs, allerdings kann die Nicht-Reaktion
durch Immunisierung mit den HBsAg-Antigenen, die die Determinanten
pre-S2 tragen, umgangen werden. Der Stamm B10M ist auf das Antigen
HBs und das Antigen pre-S2 vollständig nicht-reagierend. Eine
Antwort in diesem Stamm konnte durch Immunisierung mit AgHBs, die
Determinanten pre-S 1 tragen, erhalten werden.
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Die
durch DNA immunisierten Mäuse
erhielten eine einzelne Injektion (100 μg) in den sich regenerierenden
Muskel. Die Vergleichsmäuse
erhielten das Protein in zwei intraperitonealen Injektionen in einem
Intervall von 1 Monat, die erste als 2 μg AgHBs, versetzt mit Freunds
vollständigem
Adjuvans (CFA) und die zweite als 2 μg AgHBs, versetzt mit unvollständigem Freunds
Adjuvans (IFA).
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Die
mit der DNA pCMVHB-S erhaltenen Resultate werden durch die 10A bis 10F dargestellt.
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Stamm B10 (gut reagierend) ist die durch die DNA induzierte Reaktion,
die durch das Protein nach einer einzelnen Injektion induziert wurde.
- – Im
Stamm B10S (auf AgHBs in Abwesenheit von pre-S2 nicht reagierend)
beobachtet man das Auftreten von Anti-HBs-Antikörpern, die auf den Subtyp spezifisch
sind, dann von solchen, die auf die Gruppe spezifisch sind, nach
Immunisierung durch die DNA pCMVHB-S. Für die Gruppe spezifische Anti-HBs-Antikörper werden
bei den Mäusen,
die mit dem Protein HBs immunisiert wurden, nur nach der 2. Injektion
erhalten.
- – Im
Stamm B10M (reagiert in Abwesenheit von pre-S 1 nicht auf AgHBs)
ermöglicht
die Immunisierung durch die DNA es, eine Anti-HBs-Antwort zu erhalten,
die für
die Gruppe und den Subtyp spezifisch ist, während das Protein nur eine
Subtyp-Reaktion induziert und zwei Injektionen benötigt.
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Die
Reaktion, die durch die drei Typen an Vektoren induziert wird, ist
vergleichbar.
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SCHLUSSFOLGERUNG
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Es
ist allgemein bekannt, dass die humorale Reaktion auf das Antigen
HBs allein ausreichend ist, um Schutz zu verleihen. Das Vorliegen
von Antikörpern,
die gegen andere Determinanten (pre-S 1 und pre-S2) gerichtet sind,
welche durch die Hüllproteine
des Virus getragen werden, die selbstschützend sind, könnte die Qualität dieser
Reaktion verbessern. Die Gesamtheit der hier beschriebenen Experimente
zeigt, dass die humorale Reaktion, die durch die genetische Anti-Hepatitis
B-Vakzinierung induziert wird, in vielen Bereichen derjenigen überlegen
ist, die durch die klassische Vakzinierung erreicht werden kann.
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Als
Werte der Serokonversion: Ein Wert von 100 % wird ab 8 Tagen für die Mäuse erreicht,
die mit der DNA pCMV-HBs und pCMVHB-S2.S immunisiert worden waren,
und das nach einer einzigen Injektion.
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Als
Level der Reaktion: Die Schwelle von 10 mIU/ml, die für den Menschen
als ausreichend angesehen wird, um Schutz zu verleihen, wird immer
weit überschritten.
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Als
Frühzeitigkeit
der Reaktion: Der Vektor pCMVHB-S2.S erlaubt es, in 8 Tagen einen
stark erhöhten Anti-pre-S2-Antikörperspiegel
zu erhalten, und man sagt, dass diese al lein fähig sind, den Schutz zu verleihen (Itoh
et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83, 9174-9178).
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Als
Anhalten der Reaktion: Die Anti-HBs-Antikörper bleiben während mehr
als 6 Monaten bei einem erhöhten
Titer.
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Im
Hinblick auf die Qualität
der Reaktion: Die erhaltenen Antikörper gehören zum IgG-Typ, die für eine von
Helfer-T-Zellen abhängige
Reaktion und damit eine Memory-Reaktion
charakteristisch sind.
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Bezüglich der
antiviralen Aktivität:
Die Antikörper
sind für
den viralen Subtyp spezifisch, aber insbesondere für die Gruppe
spezifisch und damit geeignet, einen gekreuzten Schutz zu verleihen.
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Im
Hinblick auf die biologische Deutung: Das Profil der durch Immunisierung
mit pCMVHB-S2.S erhaltenen Reaktion ahmt vollständig dasjenige nach, das man
beim Menschen während
einer ausgebrochenen Virusinfektion beobachten kann.
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TABELLE
I Induktion
von Antikörpern
gegen das Oberflächenantigen
der Hepatitis B
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TABELLE
III Immunisierung
mit Biojector
®
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TABELLE
IV Immunisierung
durch Injektion mit Hilfe einer Nadel
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TABELLE
V Langzeit-Reaktion
einer mit pCMVHB-S immunisierten Maus
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