JP4965022B2 - Stabilized protein crystals, formulations containing the same, and methods of making the same - Google Patents
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Description
【0001】
(発明の技術分野)
本発明は、タンパク質、ペプチド、および核酸のような生物学的に活性な高分子の安定化、貯蔵、および送達のための方法に関する。特に、本発明は、タンパク質または核酸の結晶、それらを含む処方物、および組成物に関する。タンパク質および核酸の結晶化のための方法、ならびに、乾燥処方物またはスラリー処方物中での使用のための安定化されたタンパク質結晶または核酸結晶の調製のための方法が提供される。本発明の結晶、結晶処方物、および結晶組成物は、生物学的に活性な高分子成分の非経口投与のための希釈剤とともに再構成され得る。
【0002】
本発明の方法は、治療的タンパク質または免疫原性タンパク質をコードする、そして非経口的に投与され得る「裸の」DNA配列およびRNA配列の結晶を調製するために有用である。引き続いて細胞によって取り込まれ、そして適切なグリコシル化パターンを有するタンパク質を発現するために使用される、溶解しているDNAおよびRNA分子は、治療的または免疫原性のいずれかであり得る。あるいは、本発明は、RNAもしくはDNAのセンスポリヌクレオチドおよびアンチセンスポリヌクレオチドの結晶、結晶処方物、および結晶組成物を調製するために有用である。
【0003】
本発明はさらに、タンパク質、糖タンパク質、酵素、抗体、ホルモン、およびペプチドの結晶または結晶処方物を、ヒトおよび動物に対する生物学的送達のために組成物中にカプセル化することに関する。本発明に従って、タンパク質結晶または結晶処方物が、ポリマー性キャリアを含むマトリクス中にカプセル化され、組成物を形成する。この処方物および組成物は、タンパク質のネイティブな生物学的に活性な三次構造の保持を増強し、そして必要とされる場所および時点で、活性タンパク質をゆっくりと放出し得るリザーバーを作製する。このようなポリマー性キャリアは、生体適合性ポリマーおよび生物分解性ポリマーを含む。生物学的に活性なタンパク質は、引き続いて、特定のカプセル化技術、ポリマー形成、結晶形状、結晶溶解度、結晶架橋、および使用される処方条件によって決定されるように、長期にわたって制御された様式で放出される。タンパク質を結晶化するための方法、薬学的成分または賦形剤を使用して安定した処方物を調製し、そして必要に応じてそれらをポリマー性キャリア中にカプセル化して組成物を産生するための方法、および、生物医学的な適用(治療タンパク質およびワクチンの送達を含む)のためにこのようなタンパク質結晶の処方物および組成物を使用するための方法が提供される。本発明のこのタンパク質結晶の処方物および組成物についてのさらなる用途は、ヒトの食品、農業用飼料、獣医学的組成物、診断薬、化粧品、および個人医療組成物におけるタンパク質送達を含む。
【0004】
(発明の背景)
タンパク質は、薬学、獣医学的産物、化粧品、および他の消費財、食品、飼料、診断薬、工業化学および浄化の分野で、広範な適用において使用されている。ときどき、このような使用は、タンパク質それ自体に固有の束縛によって制限されるか、またはそれらが使用される環境または媒体によって制約されてきた。このような束縛は、タンパク質の乏しい安定性、性能の変動、または高いコストを生じ得る。
【0005】
個々のタンパク質分子がそれらの独特な機能を果たすことが必要とされる時点まで、タンパク質の高次の三次構造または四次構造が保存されるべきであることは不可避である。現在までのところ、タンパク質の使用についての限定要因(特に治療レジメにおいて)は、送達の間に遭遇する化学的および物理的変性に対するタンパク質構造の感度にある。
【0006】
これらの障壁を克服するために、種々のアプローチが利用されてきた。しかし、これらのアプローチは、しばしばタンパク質活性の損失、またはタンパク質安定化キャリアもしくは処方物のさらなる出費のいずれかを被る。
【0007】
タンパク質の広範囲に及ぶ使用に対する障壁を克服するための1つのアプローチは、架橋酵素結晶(「CLEC(登録商標)」)技術(N.L.St.ClairおよびM.A.Navia、J.Am.Chem.Soc.、114、4314−16頁(1992))である。PCT特許出願PCT/US91/05415もまた参照のこと。架橋した酵素結晶は、通常、酵素機能と適合性でない環境でその活性を保持している。そのような環境は、プロテアーゼ、有機溶媒、高温、または極端なpHへの長時間の暴露を含む。このような環境において、架橋した酵素結晶は、不溶性、安定、かつ活性のままである。
【0008】
一般的には、タンパク質技術の最近の進歩にもかかわらず、以下に議論する2つの問題が、産業および医学における生物学的高分子の使用を制限し続けている。第1の問題は、製造および貯蔵の間の化学的および物理的変性に対する高次の三次構造の分子的な安定性および感受性に関する。第2の問題は、治療用タンパク質の生物学的送達の分野は、提供されるビヒクルが、特定の患者または疾患プロセスの必要性と一致する割合で、ネイティブなタンパク質(例えば、タンパク質、糖タンパク質、酵素、抗体、ホルモン、核酸、およびペプチド)を放出することを必要とすることである。
【0009】
(高分子の安定性)
多数の因子が、生物学的高分子を、従来的な化学的な実体(例えば、そのサイズ、コンホメーション、および両親媒性特性のような)から区別する。高分子は、化学的分解に感受性であるだけではなく、物理的な分解にもまた、感受性である。これらは、種々の環境因子(例えば、温度、酸化剤、pH、凍結、振盪、および剪断ストレス)に感受性である(Cholewinski,M.,Luckel,B.およびHorn,H.,Acta Helv.71,405(1996))。薬物開発のための高分子を考慮する上で、安定性因子は、産生プロセスを選択する場合に考慮されなければならない。
【0010】
薬学的製品の開発および製造の間の生物学的活性の維持は、その高分子の固有の安定性ならびに利用される安定化技術に依存する。以下を含む種々のタンパク質の安定化技術が存在する:
a)タンパク質の水溶液または懸濁液への化学的「安定化剤」の添加。例えば、米国特許第4,297,344号は、選択されたアミノ酸の添加による、凝固因子IIおよび凝固因子VIII、抗トロンビンIIIならびにプラスミノーゲンの熱に対する安定化を開示する。米国特許第4,783,441号は、界面活性物質の添加によってタンパク質を安定化するための方法を開示する。米国特許第4,812,557号は、ヒト血清アルブミンを使用して、インターロイキン−2を安定化するための方法を開示する。このような方法の欠点は、各々の処方物が目的のタンパク質に特異的であり、そして大きな開発労力を必要とすることである。
【0011】
b)調製物を凍結保護物質とともに混合し、そして極低温で保存する凍結/融解法。しかし、すべてのタンパク質が凍結/融解サイクルで生き残るわけではない。
【0012】
c)凍結保護付加物(通常、グリセロール)を伴う低温保存。
【0013】
d)米国特許第5,098,893号に記載されるようなガラス形態における保存。この場合、タンパク質は、アモルファスもしくはガラス状状態にある水溶性物質または水膨潤性物質中に溶解される。
【0014】
e)タンパク質の安定化のために最も広範に使用されている方法は、凍結乾燥(freeze−drying or lyophilization)である(Carpenter,J.F.,Pical,M.J.,Chang,B.S.およびRandolph,T.W.,Pharm.Res.,14:(8)969(1997))。十分なタンパク質の安定性が水溶液中で達成され得ない場合には常に、凍結乾燥が最も実行可能な代替を提供する。凍結乾燥の1つの不利な点は、これが洗練された処理を必要とし、時間を消費し、そして高価であることである(Carpenter,J.F.,Pical,M.J.,Chang,B.S.およびRandolph,T.W.,Pharm.Res.,14:(8)969(1997)およびそこに引用される文献)。さらに、凍結乾燥が注意深く実行されない場合、この技術の凍結工程および脱水工程によって大部分の調製物が少なくとも部分的に変性する。この結果は、頻繁に、タンパク質分子の部分の不可逆的な凝集であり、これは、処方物を非経口的投与のために受容不可能にする。
【0015】
上記の技術によって産生されたタンパク質処方物の大部分は、低温保存(ときどき、−20℃までの低温)を必要とする。出荷または貯蔵の間、温度の上昇にさらすことは、有意な活性の損失を生じ得る。従って、上昇した温度において、または環境温度においてでさえ、貯蔵は、多くのタンパク質にとって可能ではない。
【0016】
タンパク質、ペプチド、および核酸は、薬品、診断、食品、化粧品、洗剤、および研究の産業においてますます利用されている。迅速、安価、かつ広範な生物学的高分子に適用可能な、代替的な安定化の手順についての大きな必要性が存在している。特に、これらの生物学的高分子の機能を妨害し得る、過剰な賦形剤の使用に依存しない安定化手順が必要とされている。
【0017】
低分子結晶薬物の安定性は、処方プロセスの間に極度な力に抵抗性であり得るようなものである(米国特許第5,510,118号を参照のこと)。比較的不溶性の薬物の結晶物質のナノ粒子のミリング(milling)に付随する力は:剪断ストレス、乱流、高衝撃衝突、キャビテーション、および粉砕を含む。低分子結晶化合物は、対応するアモスファス固体よりも化学的分解に対してはるかにより安定であると理解されている(Pical,M.J.,Lukes,A.L.,Lang,J.E.およびGaines,J.Pharm.Sci.,67,767(1978))。不運にも、タンパク質および核酸のような高分子の結晶は、低分子には付随しないさらなる問題および困難さを示す。
【0018】
今世紀の大部分の間、科学および医学は、糖尿病に対して有用な形態でインスリンを提供する問題を解決するように試みてきた。このタンパク質の安定性の問題および生物学的送達の問題のいくつかを解決するための試みがなされてきた。例えば、米国特許第5,506,203号は、吸収エンハンサーと組み合わせたアモルファスインスリンの使用を記載する。固体状態インスリンは、偏光光学顕微鏡によって示されるように、独占的にアモルファス物質であった。
【0019】
Jensenらは、インスリンの気道送達における使用のために吸収エンハンサーとともにインスリンを共沈殿させた(PCT特許出願WO98/42368を参照のこと)。ここでは、吸収エンハンサーは、界面活性物質(例えば、脂肪酸の塩または胆汁酸塩)として記載された。直径10マイクロメートル未満であり、かつ亜鉛を欠くインスリン結晶は、S.Havelundによって作製された(PCT特許出願WO98/42749を参照のこと)。同様に、結晶はまた、肺投与を増強するために界面活性剤の存在下で作製された。
CA−A−1 196 864は、インスリンの結晶および生分解性ポリマーの生分解性マトリックスを含む組成物に関する。この生分解性ポリマーは、有機溶媒に溶解しそれとのマトリックスの形成を可能にする任意の都合のよい生分解性ポリマーとしてさらに規定される。
【0020】
今日まで、当業者は、低分子について観察される結晶状態の安定性の非常な増強は、生物学的な高分子に転化されないことを認識している(Pical,M.J.およびRigsbee,D.R.,Pharm.Res.,14:1379(1997))。例えば、結晶インスリンの水懸濁物は、対応するアモルファス相の懸濁物と比較して、わずかにより安定なのみである(係数2の程度まで)(Brange,J.,Langkjaer,L.,Havelund,S.,およびVolund,A.,Pharm.Res.,9:715(1992))。固体状態においては、凍結乾燥したアモルファスインスリンは、調べられたすべての条件下において、凍結乾燥した結晶インスリンよりもはるかにより安定である(Pical,M.J.およびRigsbee,D.R.,Pharm.Res.,14:1379(1997))。
【0021】
分子量は、高分子のすべての特性(その高分子の体積、水和、粘度、拡散、移動度、および安定性を含む)に著しい効果を有する。(Cantor,C.R.およびSchimmel,P.R.,Biophysical Chemistry,W.H.Freeman and Co.,New York,1980)。
WO96/18417は、結晶性タンパク質およびポリエチレングリコールまたは薬学的に受容可能な植物油を含む薬学的組成物に関する。この発明は、結晶性タンパク質がPEG溶液もしくはゲル、または植物油に懸濁される場合、得られる予期せぬ高制御放出特性として著者らにより記載されている。この著者らは、特に、以下からなる群から選択される結晶性タンパク質を含む組成物をクレームしている:結晶性エリトロポイエチン(EPO)、結晶性顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、結晶性インスリン、および結晶性性顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM−CSF)。
WO−A−9 641 873は、凍結保護化合物で安定化され、そして凍結乾燥されるポリヌクレオチド複合体の処方物に関する。次いで、この凍結乾燥された処方物は、ポリヌクレオチド複合体を送達するために用いられ得る乾燥粉末処方物へと粉末化されるかまたは篩にかけられる。
【0022】
(発明の要旨)
本発明者らは、驚くべきことに、雰囲気温度または上昇した温度で溶液中に保持される場合に安定でない生物学的高分子が、それにもかかわらず、結晶形態でそのような温度で長期間にわたり首尾よく乾燥形態で保存され得ることを発見した。実際問題として、この発見の5つの局面が特に有利である。
【0023】
第一に、保存される物質の結晶性が非常に重要である。なぜなら、大規模な結晶化は、臨床での製造プロセス(例えば、治療剤またはワクチンを製造するためのプロセス)において、最終の精製工程および/または濃縮工程として導入され得るからである。さらに、大規模結晶化は、製造プロセスにおける精製工程のいくつかにとって代わり得る。例えば、タンパク質結晶化は、タンパク質処方物の生産をストリームライン化して、その生産をより便利にし得る。
【0024】
第二に、溶液中で生じる高分子の相互作用は、全ての反応速度のかなりの減少に起因して、結晶状態において防止されるか、または重度に減少される。従って、この結晶状態は、生物学的高分子の混合物の保存に独特に適している。
【0025】
第三に、固体結晶調製物が容易に再構成されて、非常に高いタンパク質濃度を有する容易に使用される非経口処方物を生成し得る。そのようなタンパク質濃度は、その処方物が皮下投与について意図されている場合に特に有用であると考えられる(PCT特許出願WO97/04801を参照のこと)。皮下投与について、1.5ml以下の注射容量は充分寛容される。従って、1週間に1回のベースで1mg/mlで投与されるタンパク質について、少なくとも50mg/mlのタンパク質濃度が必要とされ、そして100〜200mg/mlが好ましい。これらの濃度は、凝集の問題に起因して、液体処方物において達成することは困難である。これらの濃度は、本発明の結晶処方物において容易に達成され得る。
【0026】
第四に、タンパク質結晶はまた、薬学的投薬調製物のために特に有利な形態を構成する。この結晶は、インビボで徐放処方物のための基礎として使用され得る。当業者が理解するように、粒子径は、結晶の溶解および活性の放出のために重要である。放出速度は、その結晶が実質的に均一な粒子径を有し、そしてアモルファス沈澱を含まない場合にはより予測可能であることもまた公知である(欧州特許第0 265 214号を参照のこと)。従って、タンパク質結晶は、移植可能なデバイスにおいて有利に使用され得る(PCT特許出願WO96/40049を参照のこと)。移植物リザーバは、一般に、およそ25〜250μlである。この容量制限によって、高濃度の処方物(10%を超える)および最小限量の懸濁物ビヒクルが好ましい。本発明のタンパク質結晶は、そのような高濃度での非水性の懸濁物中で容易に処方され得る。
【0027】
第五に、結晶の別の利点は、特定の変数が、経時的に高分子の放出を調節するために操作され得ることである。例えば、結晶の大きさ、形状、溶解をもたらす賦形剤を用いる処方、架橋、ポリマーマトリクスへの架橋およびカプセル化のレベルはすべて、生物学的分子についての送達ビヒクルを産生するように操作され得る。
【0028】
本発明は、活性なタンパク質の最も安定な形態、結晶形態を用いること、ならびに(1)乾燥した結晶を安定化することが必要な場合に成分または賦形剤を添加すること、あるいは(2)そのタンパク質結晶もしくは結晶処方物を、ポリマー性キャリアにカプセル化して、各結晶を含む組成物を生成し、続いて活性なタンパク質分子の放出を可能にすることのいずれかによって上記の障害を克服する。任意の形態のタンパク質(糖タンパク質、抗体、酵素、ホルモンまたはペプチドを含む)が本発明の方法に従って、結晶化され得、そして組成物中で安定化またはカプセル化され得る。さらに、そのようなタンパク質をコードする核酸が同様に処理され得る。
【0029】
結晶は、異なるもしくは特定の環境への送達または特定の機能をもたらすに適切な独特の特性を有する種々のポリマー性キャリアを用いてカプセル化され得る。その組成物の溶解の速度およびそれゆえ活性タンパク質の送達は、結晶の大きさ、ポリマー組成、ポリマー架橋、結晶架橋、ポリマーの厚さ、ポリマーの疎水性、ポリマーの結晶性またはポリマーの溶解性を変動させることによって調節され得る。
【0030】
本発明の結晶への成分もしくは賦形剤の添加またはタンパク質結晶もしくは結晶処方物のカプセル化は、タンパク質成分のさらなる安定化をもたらす。
【0031】
(発明の詳細な説明)
本明細書中に記載した本発明がより充分に理解され得るために、以下の詳細な説明を示す。この説明において、以下の用語が使用される。
【0032】
アモルファス固体−タンパク質の非結晶固体形態。ときに、アモルファス沈澱と呼ばれる。これは、結晶の固体状態に特徴的である分子格子構造を有しない。
【0033】
アンチセンスポリヌクレオチド−その発現の阻害が意図される遺伝子のmRNAに相補的であるRNAをコードするRNAまたはDNA。
【0034】
水性有機溶媒混合物−n%の有機溶媒(ここで、nは、1と99との間である)およびm%水性溶媒(ここで、mは、100−nである)を含む混合物。
【0035】
生体適合性ポリマー−非抗原性(アジュバントとして使用されない場合)で、非発ガン性で、非毒性であり、そして他の様式でも生きている生物とは固有に不適合ではないポリマー。例としては以下が挙げられる:ポリ(アクリル酸)、ポリ(シアノアクリレート)、ポリ(アミノ酸)、ポリ(無水物)、ポリ(デプシペプチド)、ポリ(エステル)(例えば、ポリ(乳酸)またはPLA)、ポリ(乳酸コグルコール酸)すなわちPLGA、ポリ(β−ヒドロキシ酪酸(hydroxybutryate))、ポリ(カプロラクトン)およびポリ(ジオキサノン);ポリ(エチレングリコール)、ポリ((ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド)、ポリ[(オルガノ)ホスファゼン]、ポリ(オルトエステル)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、マレイン酸無水物−アルキルビニルエーテルコポリマー、プルロニックポリオール、アルブミン、アルギン酸、セルロースおよびセルロース誘導体、コラーゲン、フィブリン、ゼラチン、ヒアルロン酸、オリゴサッカリド、グリカミノグリカン、硫酸化ポリサッカリド、それらの混和物およびコポリマー。
【0036】
生体分解性ポリマー−加水分解または可溶化によって分解するポリマー。分解は、不均一(主に、粒子表面で生じる)または均一(ポリマーマトリクス全体で均一に分解する)、またはそのようなプロセスの組合せであり得る。
【0037】
生物学的高分子−タンパク質、デオキシリボ核酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)のような生物学的ポリマー。本願の目的のために、生物学的高分子はまた、高分子といわれる。
【0038】
化学組成における変化−タンパク質または核酸の結晶または結晶処方物を取り囲む環境の化学物質成分において、その結晶成分の安定性または溶解速度に影響を与える任意の変化。
【0039】
剪断力における変化−使用条件下において、タンパク質または核酸の結晶または結晶処方物を取り囲む環境の因子における任意の変化(例えば、力学的圧力における変化(これは、正であっても負であってもよい)、回転攪拌、遠心分離、タンブリング、機械的振盪および濾過ポンプ)。
【0040】
組成物−架橋されていないタンパク質結晶、架橋されている結晶、核酸結晶またはそれらを含む処方物のいずれか。これらは、ポリマー性キャリア内にカプセル化されてコーティングされた粒子を形成している。本明細書において使用される場合、組成物は常に、カプセル化結晶または処方物をいう。
【0041】
制御溶解−以下からなる群より選択される因子によって制御されている、タンパク質または核酸の結晶または結晶処方物の溶解あるいはその処方物の結晶成分の放出:その結晶の表面積;その結晶の大きさ;その結晶の形状;賦形剤成分の濃度;賦形剤成分の数および性質;賦形剤成分の分子量ならびにそれらの組合せ。
【0042】
コポリマー−1を超えるモノマー種を用いて作製されるポリマー。
【0043】
結晶−第二の形態であるアモルファス固体状態とは異なる物質の固体状態の1つの形態。結晶は、格子構造、特徴的形状および光学的特性(例えば、屈折率)を含む特徴的な特性を示す。結晶は、三次元で周期的に反復するパターンで配置される原子からなる(C.S.Barrett,Structure of Metals、第二版、McGraw−Hill、New York、1952、1頁)。本発明の結晶は、タンパク質、糖タンパク質、ペプチド、抗体、治療的タンパク質、またはそのようなタンパク質をコードするDNAもしくはRNAであり得る。
【0044】
(タンパク質結晶または核酸結晶の乾燥)N2、気体または不活性ガスでの乾燥、真空オーブン乾燥、凍結乾燥、揮発性有機溶媒での洗浄続いてこの溶媒のエバポレーション、またはフュームフード(fume hood)におけるこの溶媒のエバポレーション含む手段による水、有機溶媒または液体ポリマーの除去。代表的には、乾燥は、この結晶が自由に流れる粉末になる場合に達成される。乾燥は、濡れた結晶に対してガスの流れを通過させることにより実行され得る。ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、空気またはそれらの組合せからなる群より選択され得る。
【0045】
(有効量)幾らかの期間にわたってそれらが投与される、被検体または領域を、処置、免疫化、ブースト、保護、修復または解毒化するために有効である、本発明のタンパク質結晶もしくは核酸結晶または結晶処方物あるいは結晶組成物の量。
【0046】
(乳化剤)ポリマーコート化タンパク質結晶と溶液との間の界面張力を低下させる、表面活性剤。
【0047】
(処方物すなわち(タンパク質結晶組成物もしくは核酸結晶組成物))本発明のタンパク質結晶または核酸結晶および1以上の成分または賦形剤(糖および生体適合性ポリマーを含む)の組合せ。賦形剤の例は、American Pharmaceutical Association and the Pharmaceutical Society of Great Britianにより共同で刊行された、Handbook of Pharmaceutical Excipients中に記載されている。本出願の目的に関して、「処方物」は、「結晶処方物」を含む。さらに、「処方物」は、「タンパク質結晶処方物または核酸結晶処方物」を含む。
【0048】
(除染のための処方物)以下の群より選択される処方物:化学廃棄物、除草剤、殺虫剤、農薬および環境災害の除染のための処方物。
【0049】
(遺伝子治療)個体において欠損しているか、欠けているか、または不十分に発現されるタンパク質をコードするDNAの処方物および/または組成物を使用する治療。この結晶は、DNAが細胞中に取り込まれる非増殖性組織中に注射され、そして1〜6ヶ月の期間にわたって発現される。発現したタンパク質は、内因性タンパク質を一時的に置換または補充するように働く。遺伝子治療はまた、プロモーターと比較して逆の遺伝子の配向でトランスジーンを提供し、その結果、アンチセンスmRNAは、インビボで産生されることによって、遺伝子発現を阻害するように働く。
【0050】
(糖タンパク質)炭水化物に共有結合したタンパク質またはペプチド。この炭水化物は、単量体であり得るか、またはオリゴサッカリドから構成され得る。
【0051】
(ホモポリマー)単一の単量体種で作製されたポリマー。
【0052】
(免疫療法剤)腫瘍細胞、ウイルス、または細菌に対して保護的免疫を誘導するタンパク質活性を有する、上記の腫瘍細胞、ウイルスまたは細菌に由来するタンパク質。免疫療法剤は、(タンパク質として)直接的に、またはこのタンパク質をコードするDNAもしくはRNAを注射することによって(間接的に)投与され得る。
【0053】
免疫療法剤はまた、タンパク質もしくは糖タンパク質サイトカインまたは上記の腫瘍細胞、ウイルスまたは細菌を低下または排除する免疫系を刺激する免疫細胞同時刺激性分子であり得る。
【0054】
(液体ポリマー)水性溶媒または有機溶媒の非存在下における、ポリエチレングリコール(PEG)のような、純粋な液相合成ポリマー。
【0055】
(高分子)タンパク質、糖タンパク質、ペプチド、治療用タンパク質、DNA分子またはRNA分子。
【0056】
(投与の方法)タンパク質結晶または核酸結晶あるいは結晶処方物または結晶組成物は、種々の様式または投与に適切であり得る。これらは、経口投与、非経口投与、皮下投与、静脈内投与、肺投与、病変内投与、または局所投与を含み得る。あるいは、核酸結晶は、「DNA銃」を用いる非増殖性組織(例えば、筋肉)への送達のために、金粒子、または他のキャリアビーズに共有結合的に付着され得る。
【0057】
(裸のDNA)プロモーターに作動可能に連結され得、そして複製コンピテントなプラスミド中に挿入され得る、ワクチン抗原、治療用タンパク質、または免疫療法タンパク質をコードする非複製性の非組み込み性ポリヌクレオチド。このDNAは、トランスフェクションを容易にするタンパク質、ウイルス粒子、リポソーム性処方物、脂質およびリン酸カルシウム沈澱剤との会合から自由である。
【0058】
(裸のDNAワクチン)ワクチン抗原をコードするDNAまたはワクチン抗原の結晶および免疫療法剤。このワクチンは、このDNAが細胞中に取り込まれる非増殖性組織中に注射され、そして1〜6ヶ月の期間にわたって発現される。この核酸結晶は、投与部位への送達を補助するために、金粒子に共有結合され得る。
【0059】
(有機溶媒)液体ポリマーおよびそれらの混合物を含む、非水性起源の任意の溶媒。本発明に適切な有機溶媒は、アセトン、メチルアルコール、メチルイソブチルケトン、クロロホルム、1−プロパノール、イソプロパノール、2−プロパノール、アセトニトリル、1−ブタノール、2−ブタノール、エチルアルコール、シクロヘキサン、ジオキサン、エチルアセテート、ジメチルホルムアミド、ジクロロエタン、ヘキサン、イソオクタン、塩化メチレン、tert−ブチルアルコール、トルエン、4塩化炭素、またはそれらの組合せを含む。
【0060】
(ペプチド)通常、3〜35のアミノ酸残基、そして頻繁には(ただし、より大きいタンパク質のフラグメントを必ずしも示さない)小〜中程度の分子量のポリペプチド。
【0061】
(薬学的に有効な量)幾らかの期間にわたって投与される、生きている生物における状態を処置するために効果的な、タンパク質結晶もしくは核酸結晶または結晶処方物もしくは結晶組成物の量。
【0062】
(成分)薬学的な成分または薬学的賦形剤を含む、任意の賦形剤(単数または複数)。賦形剤は、例えば、以下を含む:
(酸性化剤)
酢酸、氷酢酸、クエン酸、フマル酸、塩酸、希塩酸、リンゴ酸、硝酸、リン酸、希リン酸、硫酸、酒石酸。
【0063】
(エアロゾル噴霧薬)
ブタン、ジクロロジフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、イソブタン、プロパン、トリクロロモノフルオロメタン。
【0064】
(空気の置き換え)
二酸化炭素、窒素。
【0065】
(アルコール変性剤(denaturant))
安息香酸デナトニウム(denatonium benzoate)、メチルイソブチルケトン、スクロースオクタアセテート(octacetate)。
【0066】
(アルカリ化剤)
強アンモニア溶液、炭酸アンモニウム、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、トロラミン(trolamine)。
【0067】
(抗ケーキング剤:滑沢剤(glidant)の項を参照のこと)
(消泡剤(Antifoaming agent))
ジメチコーン、シメチコーン(simethicone)。
【0068】
(保存剤)
塩化ベンザルコニウム、塩化ベンザルコニウム溶液、塩化ベンゼルトニウム(benzelthonium)、安息香酸、ベンジルアルコール、ブチルパラベン(butylparaben)、塩化セチルピリジニウム、クロロブタノール、クロロクレゾール、クレゾール、デヒドロ酢酸、エチルパラベン、メチルパラベン、メチルパラベンナトリウム、フェノール、フェニルエチルアルコール、酢酸フェニル水銀、硝酸フェニル水銀、安息香酸カリウム、ソルビン酸カリウム、プロピルパラベン、プロピルパラベンナトリウム、安息香酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、ソルビン酸、チメロサール、チモール。
【0069】
(抗酸化剤)
アスコルビン酸、パルミチン酸アコルビル、ブチル化ヒドロキシアニソール、ブチル化ヒドロキシトルエン、次亜リン酸、モノチオグリセロール、没食子酸プロピル、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、二酸化硫黄、トコフェロール、トコフェロール賦形剤。
【0070】
(緩衝化剤)
酢酸、炭酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、ホウ酸、クエン酸、酪酸、亜リン酸、クエン酸カリウム、メタリン酸カリウム、リン酸カリウム一塩基、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、酪酸ナトリウム溶液、二塩基性リン酸ナトリウム、一塩基性リン酸ナトリウム。
【0071】
(カプセル剤滑沢剤)
錠剤およびカプセル剤滑沢剤を参照のこと。
【0072】
(キレート剤)
エデト酸二ナトリウム、エチレンジアミンテトラ酢酸およびその塩、エデト酸。 (コーティング剤)
カルボキシメチルセルロースナトリウム、酢酸セルロース、酢酸フタル酸セルロース、エチルセルロース、ゼラチン、薬学的うわぐすり、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、メタクリル酸コポリマー、メチルセルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルアセテートフタレート、セラック、スクロース、二酸化チタン、カルナウバロウ、微結晶ワックス、ゼイン。
【0073】
(着色料)
カラメル、赤色、黄色、黒色またはこれらのブレンド、酸化鉄。
【0074】
(錯体化剤)
エチレンジアミンテトラ酢酸およびその塩(EDTA)、エデト酸、ゲンチシン酸エタノールメイド(gentisic acid ethanolmaide)、オキシキノリンスルフェート。
【0075】
(乾燥剤)
塩化カルシウム、硫酸カルシウム、二酸化ケイ素。
【0076】
(乳化剤および/または可溶化剤)
アカシア、コレステロール、ジエタノールアミン(隣接型(adjunct))、モノステアリン酸グリセリル、ラノリンアルコール、レシチン、モノ−およびジ−グリセリド、モノエタノールアミン(隣接型)、オレイン酸(隣接型)、オレイルアルコール(安定化剤)、ポロキサマー、ポリオキシエチレン50ステアレート、ポリオキシ35ヒマシ(caster)油、ポリオキシ40水素化ヒマシ油、ポリオキシ10オレイルエーテル、ポリオキシ20セトステアリルエステル、ポリオキシ40ステアレート、ポリソルベート20、ポリソルベート40、ポリソルベート60、ポリソルベート80、プロピレングリコールジアセテート、プロピレングリコールモノステアレート、ラウリル硫酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、モノラウリン酸ソルビタン、モノオレイン酸ソルビタン、モノパルミチン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタン、ステアリン酸、トロールアミン、乳化ロウ。
【0077】
(ろ過助剤)
粉末化したセルロース、精製ケイ質土。
【0078】
(矯臭剤および香料)
アネトール、ベンズアルデヒド、エチルバニリン、メントール、サリチル酸メチル、グルタミン酸一ナトリウム、橙花油、ペパーミント、ペパーミント油、ペパーミント精、ローズ油、より強力な(stronger)ローズ水、チモール、トルバルサムチンキ、バニラ、バニラチンキ、バニリン。
【0079】
(滑沢剤および/または抗ケーキング剤)
ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、コロイド状ケイ素二酸化物、タルク。
【0080】
(湿潤化剤)
グリセリン、ヘキシレングリコール、プロピレングリコール、ソルビトール。
【0081】
(軟膏基剤)
ラノリン、無水ラノリン、親水性軟膏、白色軟膏、黄色軟膏、ポリエチレングリコール軟膏、ペトロラタム、親水性ペトロラタム、白色ペトロラタム、ローズ水軟膏、スクワラン。
【0082】
(可塑化剤)
ヒマシ油、ジアセチル化モノグリセリド、ジエチルフタレート、グリセリン、モノ−およびジ−アセチル化モノグリセリド、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリアセチン、トリエチルシトレート。
【0083】
(ポリマー膜)
酢酸セルロース。
【0084】
(溶媒)
アセトン、アルコール、希釈アルコール、アミレン水和物、安息香酸ベンジル、ブチルアルコール、四塩化炭素、クロロホルム、コーン油、綿実油、酢酸エチル、グリセリン、ヘキシレングリコール、イソプロピルアルコール、メチルアルコール、メチルクロライド、メチレンイソブチルケトン、鉱油、ピーナッツ油、ポリエチレングリコール、炭酸プロピレン、プロピレングリコール、ゴマ油、注射用水、注射用滅菌水、洗浄用滅菌水、精製水。
【0085】
(吸収剤)
粉末セルロース、木炭、精製ケイ質土。
【0086】
(二酸化炭素吸収剤)
水酸化バリウム石灰、ソーダ石灰。
【0087】
(硬化剤)
硬化ヒマシ油。セトステアリル(cetostearyl)アルコール、セチルアルコール、セチルエステルワックス、硬化脂肪(hard fat)、パラフィン、ポリエチレン賦形剤、ステアリルアルコール、乳化ワックス、白蝋、黄蝋(yellow wax)。
【0088】
(坐剤基剤)
ココアバター、硬化脂肪、ポリエチレングリコール。
【0089】
(懸濁剤および/または増粘剤)
アラビアゴム、寒天、アルギン酸、モノステアリン酸アルミニウム、ベントナイト、精製ベントナイト、マグマベントナイト、カルボマー(carbomer)934p、カルボキシメチルセルロースカルシウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム12、カラゲーナン、微晶性およびカルボキシメチルセルロースナトリウムセルロース、デキストリン、ゼラチン、グアーゴム、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ケイ酸マグネシウムアルミニウム、メチルセルロース、ペクチン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポビドン、アルギン酸プロピレングリコール、二酸化ケイ素、二酸化ケイ素コロイド、アルギン酸ナトリウム、トラガカントゴム、キサンタンガム。
【0090】
(甘味剤)
アスパルターム、デキストレート(dextrate)、デキストロース、賦形剤デキストロース、フルクトース、マンニトール、サッカリン、サッカリンカルシウム、サッカリンナトリウム、ソルビトール、ソルビトール溶液、スクロース、圧縮糖、コーティング糖、シロップ。
【0091】
(錠剤結合剤)
アラビアゴム、アルギン酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム、微晶性セルロース、デキストリン、エチルセルロース、ゼラチン、液体グルコース、ガーゴム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポビドン、アルファ化デンプン、シロップ。
【0092】
(錠剤および/またはカプセル剤希釈剤)
炭酸カルシウム、リン酸カルシウム(2塩基)、リン酸カルシウム(3塩基)、硫酸カルシウム、微晶性セルロース、粉末セルロース、デキストレート、デキストリン、デキストロース賦形剤、フルクトース、カオリン、ラクトース、マンニトール、ソルビトール、デンプン、アルファ化デンプン、スクロース、圧縮糖、コーティング糖。
【0093】
(錠剤崩壊剤)
アルギン酸、微晶性セルロース、クロスカルメロース(croscarmellose)ナトリウム、クロスポビドン(corsepovidon)、ポラクリリンカリウム、グリコール酸ナトリウムデンプン、デンプン、アルファ化デンプン。
【0094】
(錠剤および/またはカプセル剤潤滑剤)
ステアリン酸カルシウム、ベヘン酸グリセリン、ステアリン酸マグネシウム、軽鉱油、ポリエチレングリコール、ステアリルフマル酸ナトリウム、ステアリン酸、精製ステアリン酸、タルク、硬化植物油、ステアリン酸亜鉛。
【0095】
(強壮剤)
デキストロース、グリセリン、マンニトール、塩化カリウム、塩化ナトリウム。
【0096】
(ビヒクル:矯味矯臭化(flavored)および/または甘味化)
芳香性エリキシル、化合物ベンズアルデヒドエリキシル、イソアルコールエリキシル、ハッカ水、ソルビトール溶液、シロップ、トルーバルサムシロップ。
【0097】
(ビヒクル:油性)
アーモンド油、コーン油、綿実油、オレイン酸エチル、ミリスチル酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、鉱油、軽鉱油、ミリスチルアルコール、オクチルドデカノール、オリーブ油、ピーナッツ油、キョウニン油、ゴマ油、ダイズ油、スクアリン。
【0098】
(ビヒクル:固体キャリア)
糖球
(ビヒクル:滅菌化)
注射用静菌水、注射用静菌塩化ナトリウム。
【0099】
(増粘剤)(懸濁剤を参照のこと)。
【0100】
(撥水剤)
シクロメチコン、ジメチコン、シメチコン。
【0101】
(湿潤剤および/または可溶化剤)
塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化セチルピリジニウム、ドクサートナトリウム、ノノキシノール9、ノノキシノール10、オクトキシノール9、ポロキサマー、ポリオキシル35、ヒマシ油、ポリオキシル40、硬化ヒマシ油、ステアリン酸ポリオキシル50、ポリオキシル10オレイルエーテル、ポリオキシル20、セトステアリルエーテル、ステアリン酸ポリオキシル40、ポリソルベート20、ポリソルベート40、ポリソルベート60、ポリソルベート80、ラウリル硫酸ナトリウム、モノラウリン酸ソルビタン、モノオレイン酸ソルビタン、モノパルミチン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタン、チロキサポール。
【0102】
好ましい成分または賦形剤は、以下の塩を含む:1)アミノ酸(例えば、グリシン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リジン、アスパラギン、グルタミン、プロリン)、2)炭水化物(例えば、単糖類(例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、アラビノース、キシロース、リボース)、および3)二糖類(例えば、ラクトース、トレハロース、マルトース、スクロース)、および4)多糖類(例えば、マルトデキストリン、デキストラン、スターチ、グリコーゲン)、および5)アルジトール(例えば、マンニトール、キシリトール、ラクチトール、ソルビトール)、6)グルクロン酸、ガラクツロン酸、7)シクロデキストリン(例えば、メチルシクロデキストリン、ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリンなど)、8)無機塩(例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、ナトリウムおよびカリウムのリン酸塩、ホウ酸塩、炭酸アンモニウムおよびリン酸アンモニウム)、および9)有機塩(例えば、酢酸塩、クエン酸塩、アスコルビン酸塩、乳酸塩)、10)以下のような、乳化剤または可溶化剤(アラビアゴム、ジエタノールアミン、モノステアリン酸グリセリン、レシチン、モノエタノールアミン、オレイン酸、オレイルアルコール、ポロキサマー、ポリソルベート、ラウリル硫酸ナトリウム、ステアリン酸、モノラウリン酸ソルビタン、モノステアリン酸ソルビタン、および他のソルビタン誘導体、ポリオキシル誘導体、ワックス、ポリオキシエチレン誘導体、ソルビタン誘導体)、11)以下のような、増粘試薬(寒天、アルギン酸およびその塩、ガーガム、ペクチン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、セルロースおよびその誘導体、炭酸プロピレン、ポリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、チロキサポール)。賦形剤または成分のさらに好ましい群は、以下を含む:スクロース、トレハロース、ラクトース、ソルビトール、ラクチトール、イノシトール、ナトリウム塩およびカリウム塩(例えば、酢酸塩、リン酸塩、クエン酸塩、ホウ酸塩)、グリシン、アルギニン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、メトキシポリエチレングリコール、ゼラチン、ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン。
【0103】
(ポリマー)−− 低分子の、単純な化学的単位の反復によって構築される高分子。反復単位は、直線化または分枝化され得、相互連結されたネットワークを形成し得る。反復単位は、通常、そのモノマーと等価であるか、ほぼ等価である。
【0104】
(ポリマーキャリア)−− タンパク質の送達(生物学的送達を含む)のためにタンパク質結晶のカプセル化に使用されるポリマー。このようなポリマーは、生体適合性ポリマーおよび生分解性ポリマーを含む。ポリマーキャリアは、単一のポリマー型であり得るか、またはそれは、ポリマー型の混合体から構成され得る。ポリマーキャリアとして有用なポリマーとしては、例えば、以下が挙げられる:ポリ(アクリル酸)、ポリ(シアノアクリレート)、ポリ(アミノ酸)、ポリ(無水物)、ポリ(デプシペプチド)、ポリ(エステル)(例えば、ポリ(乳酸)すなわちPLA、ポリ(乳酸−コ−グリコール酸)すなわちPLGA、ポリ(B−ヒドロキシブチレート)、ポリ(カプロラクトン)、およびポリ(ジオキサノン(dioxanon)));ポリ(エチレングリコール)、ポリ((ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド)、ポリ((オルガノ)ホスファゼン(phosphazene))、ポリ(オルトエステル)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、無水マレイン酸−アルキルビニルエーテルコポリマー、プルロニックポリオール、アルブミン、天然および合成ポリペプチド、アルギナート、セルロースおよびセルロース誘導体、コラーゲン、フィブリン、ゼラチン、ヒアルロン酸、オリゴ糖、グリカミノグリカン、硫化多糖類、またはタンパク質結晶をカプセル化する任意の従来の材料。
【0105】
(タンパク質)−− 炭素、水素、酸素、窒素および通常硫黄を含み、かつペプチド結合によって連結されるアミノ酸の鎖から構成される複合高分子ポリマー。本出願におけるタンパク質とは、糖タンパク質、抗体、非酵素タンパク質、酵素、ホルモンおよびペプチドをいう。タンパク質の分子量の範囲は、1000ダルトンのペプチドから600〜1000キロダルトンの糖タンパク質を含む。低分子タンパク質(10,000ダルトン未満)は、非常に小さいために高度に組織化された3次構造によって特徴付けされないかもしれない。ここで、この3次構造は、疎水性のコアの周辺に組織化される。
【0106】
本発明の一つの実施態様において、このようなタンパク質は、10,000ダルトン以上の分子量を有する。代替的な実施態様に従って、この分子量は、20,000ダルトン以上である。別の代替的な実施態様に従って、この分子量は、30,000ダルトン以上である。さらに代替的な実施態様に従って、この分子量は、40,000ダルトン以上である。別の代替的な実施態様に従って、この分子量は、50,000ダルトン以上である。
【0107】
(タンパク質活性)−− 結合、触媒、シグナル伝達、トランスポート、またはタンパク質が使用される環境内での機能的応答(例えば、免疫応答、酵素活性、またはそれらの組み合わせ)を誘導する他の活性からなる群より選択される活性。
【0108】
(タンパク質活性の放出速度)−− 単位時間あたりに溶解されるタンパク質の量。
【0109】
(タンパク質結晶)−− 結晶格子中に整列されたタンパク質分子。タンパク質結晶は、3次元に周期的に繰り返される特異的タンパク質−タンパク質相互作用のパターンを含む。本発明のタンパク質結晶は、アモルファス固体形態またはタンパク質の沈殿物(例えば、タンパク質溶液の凍結乾燥によって得られるもの)を含まない。
【0110】
(タンパク質結晶処方物)−− コートされた粒子を形成するためにポリマー性キャリア内にカプセル化されたタンパク質結晶の組み合わせ。タンパク質結晶処方物のコートされた粒子は、球状形態を有し得、そして直径500マイクロメーターまでのマイクロスフェアであり得るか、またはそれらは、他の形態を有し得、そして微小粒子であり得る。本出願の目的のために、「タンパク質結晶処方物」は、用語「組成物」に含まれる。
【0111】
(タンパク質送達系)−− 1以上のタンパク質結晶処方物または組成物、処方物を作製するためのプロセス、あるいは処方物を生物学的実態に投与する方法またはそのための手段。
【0112】
タンパク質の充填量 −− 乾燥処方物の重量に関して、タンパク質の重量のパーセンテージと同じように計算されたマイクロスフェアのタンパク質含有量。タンパク質充填量の代表的な範囲は,1〜80%である。
【0113】
タンパク質の放出 −− ポリマーキャリアからの活性タンパク質の放出を,1つ以上の、以下の因子によって制御する:(1)ポリマーマトリクスの分解;(2)ポリマーマトリクス内の結晶融解の速度;(3)融解したタンパク質のポリマーマトリクスを通る拡散;(4)タンパク質の充填量;および(5)タンパク質結晶/ポリマーマトリクスへの生物学的媒体の拡散。
【0114】
予防的に有効な量 −− いくらかの時間にわたって投与される、生存している生物における状態を予防するために有効な、タンパク質もしくは核酸の結晶あるいはタンパク質もしくは核酸の結晶処方物またはタンパク質もしくは核酸の結晶組成物の量。
【0115】
再構成 −− 適切な緩衝液または薬学的処方物中の、タンパク質もしくは核酸の結晶あるいはタンパク質もしくは核酸の結晶処方物またはタンパク質もしくは核酸の結晶組成物の融解。
【0116】
貯蔵安定性 −− 特定の状態の下でインキュベートされた時間に対する、ネイティブタンパク質からの比活性の損失および/または2次構造における変化。
【0117】
安定性 −− 特定の条件下の溶液中での時間に対するネイティブタンパク質からの比活性の損失および/または2次構造における変化。
【0118】
安定化 −− 賦形剤または成分を含むタンパク質結晶またはDNA結晶もしくはRNA結晶の処方物を調製することによる、ネイティブタンパク質からの比活性の損失および/または2次構造における変化を妨げるプロセス。
【0119】
治療用タンパク質 −− 上記のようなタンパク質であって、これは、処方物または組成物、あるいは薬学的処方物または薬学的組成物において生存している生物に投与される。治療用タンパク質は、本明細書中で記載されるタンパク質型の全てを含む。
【0120】
ワクチン抗原 −− ウイルス、寄生生物、細菌または腫瘍細胞のような病原性因子由来のタンパク質。このようなワクチン抗原のタンパク質活性は、病原性因子または腫瘍に特異的な防御的免疫応答の誘導物である。
【0121】
(結晶性)
高分子の結晶性は、インビボにおいて、これらの貯蔵および送達のために、大いに重要である。しかし、母液の外側で安定である、このような結晶性高分子を大量に調製するための技術は、ほとんど存在しない。タンパク質または核酸の結晶は、非常に脆く、そして高い比率の溶媒を含むので、これらは、相当の注意を伴って取り扱わなければならない。X線結晶学において、高分子結晶からの回折パターンが空気中での脱水の際に迅速に変性することは周知である。通常、結晶は,その母液から注意深く分離され,そしてキャピラリーチューブへ挿入される。このチューブを,少量の母液の内側に沿って、デンタルワックス(dental wax)またはシリコングリースを用いて空気から密封し、水和を維持する[McPherson,A.、Preparation and Analysis of Protein Crystals、Robert E.Krieqer Publishing、Malabar、214頁(1969)]。別の技術は、低温において高分子結晶からデータを収集することである。この結晶を調製し、次いで、急速に冷却して水性媒体における氷格子形成を防止する。氷の、堅いガラス形態の代わりに、損傷がほとんどない結晶を容器に入れる。次いで、結晶を、100ケルビンで維持して,結晶の崩壊を防止する[(Rodgers,D.W.Methods in Enzymology(Carter,C.W.およびSweet,R.M.編)Academic Press、第276巻、183頁(1997)]。この技術は,これらの母液の外側の結晶を維持させることを可能にするが,一方、100ケルビンより高い温度においては使用され得ない。
【0122】
原則的に、乾燥した結晶は,凍結乾燥によって調製され得る。しかし、この技術は,材料の急速な冷却を包含し、そして安定な生成物を凍結するためにのみ適用され得る。この水溶液は、まず、−40℃と−50℃との間で凍結される。次いで、この氷は真空下で取り除かれる。この氷形成は、通常、タンパク質結晶格子に対して破壊的であり、結晶性および非晶性沈殿物の混合物を生じる。
【0123】
結晶性状態において,周囲温度における貯蔵条件下で純粋かつ安定である高分子を生成することが望ましい。このような結晶は、治療剤およびワクチンの投薬調製物にために、タンパク質または核酸の特に有利な形態を構成する。本発明は、固体粒子かまたは非水性溶媒中に分散されるかのいずれかとして、結晶性高分子の貯蔵のための処方物および組成物を提供する。さらに、本発明は,単一の生物学的高分子または互いに相互作用しない高分子の混合物の貯蔵に対して適用され得る。
【0124】
別の実施態様において、本発明は、母液を非水性溶媒と置換することを包含する、生物学的高分子を懸濁液中の貯蔵に適切にするための方法を提供する。さらに別の実施態様において,結晶性スラリーは、第1の溶媒を遠心分離で除去(spinning cut)し、そして水を除去するために第2の有機溶媒を使用して残存する結晶性固体を洗浄し、次いで非水性溶媒をエバポレーションすることによって固体にされ得る。
【0125】
結晶性治療用タンパク質の非水性スラリーは、皮下送達のために特に有用であり、一方,固体処方物は、理想的には肺投与に適している。肺送達は,他の経路または投与によって送達することが困難な生物学的高分子のために、特に有用である(例えば,PCT特許出願WO96/32152、WO95/24183およびWO97/41833を参照のこと)。
【0126】
以下で言及されるタンパク質は、それら自体のタンパク質結晶、または細胞のの取り込みに際してそれらのタンパク質をコードするDNAもしくはRNAを含む核酸結晶を含む。
【0127】
本発明は,タンパク質または核酸の結晶の組成物および処方物を有利に提供する。
【0128】
(カプセル化した結晶の安定性)
当業者は、タンパク質の安定性が、タンパク質の放出を制御するポリマー微粒子送達系の首尾のよい処方物に対する最も重要な障害の1つであることを理解している。ポリマーキャリア中にカプセル化したタンパク質の安定性は、3つの別個の段階(タンパク質結晶組成物の製造、得られた組成物からのタンパク質の放出、およびタンパク質の放出後のインビボ安定性)で調査され得る。可溶性タンパク質または非晶性タンパク質を含む微粒子またはマイクロスフェアの調製の間、有機溶媒および凍結乾燥の使用は、タンパク質の安定性に対して特に不利益である。続いて、放出されたタンパク質は、水分誘導性の(moisture−induced)凝集を受けやすく、従って永続的な不活化を生じる。
【0129】
タンパク質の高い安定性を、本発明に従うタンパク質処方物およびタンパク質組成物の調製の間に達成するために、個々のタンパク質分子の可動度を制限する必要がある(結晶性固体状態において達成される最善の結果)。この適用の目的のために、固体状態は、2つのカテゴリー(非晶性および結晶性)に分類される。結晶性材料中に通常存在する、三次元的に広い範囲の規則性(long−range order)は、非晶性状態中に存在しない。さらに、互いに関連する分子の位置は、高度な規則性の結晶状態に関して、非晶性状態または液体状態において、よりランダムである。従って、非晶性タンパク質は、それらの結晶性対照物よりも、より低い安定性であり得る。
【0130】
図1は、Candida rugosaリパーゼ(「CRL」)の以下の分子状態の相対的な安定性を示す:20%有機溶媒中での架橋した非晶性、液体、結晶性、20%有機溶媒中での架橋した結晶性、有機溶媒なしで架橋した結晶性。図1は、結晶性CRLが、20%有機溶媒中で、175時間を越えて、80%の活性を保持することを示す。対照的に、酵素の非晶形態および可溶性形態の両方は、数時間以内に完全に不活化される。本発明は、それらの優れた安定性の特徴に起因して、タンパク質の結晶性形態を有利に利用する。
【0131】
(結晶性の維持)
本発明に従ってタンパク質処方物およびタンパク質組成物を調製するためのタンパク質供給源としてタンパク質結晶を使用するために、結晶化溶液(母液)の外側のタンパク質結晶の融解の問題が克服されなければならない。タンパク質の結晶性、そしてそれ故安定性を維持するために、本発明のタンパク質結晶処方物およびタンパク質結晶組成物の生成において、いくつかのアプローチが使用され得る:
1.結晶は、ポリマーキャリアでカプセル化されたタンパク質結晶を生成する過程において母液中に残存する。タンパク質結晶化において使用される多くの化合物(例えば、塩、PEG、および有機溶媒)は、ポリマーを処理する条件と適合性である。
2.融解の速度論。母液の外側の結晶融解の速度は、pH、温度、金属イオン(例えば、Zn、CuおよびCa)の存在、ならびに沈殿剤の濃度のような条件に依存する。これらの条件を変化させることによって、数時間の間、結晶の融解を減速し得る。同時に、微粒子形成の処理は、非常に速く、そして通常は、完了までに数秒から数分が必要である。
3.乾燥したタンパク質結晶。母液は、濾過によって除去され得、そして残存する結晶ペーストは、風乾によって、真空下で、水混和性有機溶媒を用いる洗浄によって、および/または凍結乾燥によって、乾燥され得る。
4.タンパク質結晶は、非融解性結晶または緩徐な融解性結晶を形成するために、化学的に架橋され得る。
5.結晶サイズおよび形状は、結晶化の過程で操作および制御され得る。従って、非晶性タンパク質と比較して、異なる融解速度および続く異なる徐放プロフィールを各々有する結晶形態の範囲が、利用可能である。
【0132】
(タンパク質の構成)
本発明の処方物および組成物のタンパク質の構成は、天然にまたは合成的に改変される構成であり得る。それらは、糖タンパク質、リンタンパク質、イオウタンパク質、ヨウ素タンパク質、メチル化タンパク質、非改変化タンパク質または他の改変を含むタンパク質であり得る。このようなタンパク質の構成は、例えば、治療用タンパク質、予防用タンパク質(抗体を含む)、洗浄剤タンパク質(界面活性剤タンパク質を含む)、個人医療タンパク質(化粧用タンパク質を含む)、獣医用タンパク質、食品タンパク質、飼料タンパク質、診断用タンパク質および浄化タンパク質を含む、任意のタンパク質であり得る。
【0133】
本発明の1つの実施態様において、このようなタンパク質は、10,000ダルトン以上の分子量を有する。代替の実施態様に従って、その分子量は、20,000ダルトン以上の分子量である。別の代替の実施態様に従って、その分子量は、30,000ダルトン以上である。さらなる代替の実施態様に従って、その分子量は、40,000ダルトン以上であり得る。別の代替の実施態様に従って、その分子量は、50,000ダルトン以上である。
【0134】
このようなタンパク質に含まれるものは、例えば、ヒドロラーゼ、イソメラーゼ、リアーゼ、リガーゼ、アデニレートシクラーゼ、トランスフェラーゼおよびオキシドレダクターゼのような酵素である。ヒドロラーゼの例としては、エラスターゼ、エステラーゼ、リパーゼ、ニトリラーゼ(nitrilase)、アミラーゼ、ペクチナーゼ、ヒダントイナーゼ(hydantoinase)、アスパラギナーゼ、ウレアーゼ、サブチリシン、サーモライシンおよび他のプロテアーゼならびにリゾチームが挙げられる。リアーゼの例としては、アルドラーゼおよびヒドロキシニトリルリアーゼ(hydroxynitrile lyase)が挙げられる。オキシドレダクターゼの例としては、ペルオキシダーゼ、ラッカーゼ、グルコースオキシダーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼおよび他のデヒドロゲナーゼが挙げられる。他の酵素としては、セルラーゼおよびオキシダーゼが挙げられる。
【0135】
治療用タンパク質または予防用タンパク質の例としては、ホルモン(例えば、インスリン、グルカゴン(glucogon)様ペプチド1および副甲状腺ホルモン)、抗体、インヒビター、増殖因子、postridicalホルモン、神経成長ホルモン、血液凝固(blood clotting)因子、接着分子、骨形態発生タンパク質(bone morphogenic protein)およびレクチン栄養因子)、サイトカイン(例えば、TGF−β、IL−2、IL−4、α−IFN、β−IFN、γ−IFN、TNF、IL−6、IL−8、リンホトキシン、IL−5、遊走阻止因子、GMCSF、IL−7、IL−3、単球−マクロファージコロニー刺激因子、顆粒球コロニー刺激因子、多剤耐性タンパク質、他のリンホカイン、トキソイド、エリトロポイエチン、第VIII因子、アミリン、TPA、ドルナーゼ−α、α−1−抗トリプシン、ヒト成長ホルモン、神経成長ホルモン、骨形態発生タンパク質、ウレアーゼ、トキソイド、受胎ホルモン(FSHおよびLSH)が挙げられる。
【0136】
以下のような治療用タンパク質もまた含まれる:
白血球マーカー(例えば、CD2、CD3、CD4、CD5、CD6、CD7、CD8、CD11a、CD11b、CD11c、CD13、CD14、CD18、CD19、CE20、CD22、CD23、CD27およびそのリガンド、CD28およびそのリガンド、B7.1、B7.2、B7.3、CD29およびそのリガンド、CD30およびそのリガンド、CD40およびそのリガンドgp39、CD44、CD45およびアイソフォーム、Cdw52(Campath抗原)、CD56、CD58、CD69、CD72、CTLA−4、LFA−1ならびにTCR)、
組織適合性抗原(例えば、MHCクラスI抗原またはMHCクラスII抗原、ルイスY抗原、SLex、SLey、SLeaおよびSLeb);
インテグリン(例えば、VLA−1、VLA−2、VLA−3、VLA−4、VLA−5、VLA−6およびLFA−1);
接着分子(例えば、Mac−1およびp150、95);
セレクチン(例えば、L−セレクチン、P−セレクチンおよびE−セレクチンならびにそれらの対応するレセプターVCAM−1、ICAM−1、ICAM−2およびLFA−3);
インターロイキン(例えば、IL−1、IL−2、IL−3、IL−4、IL−5、IL−6、IL−7、IL−8、IL−10、IL−11、IL−12、IL−13、IL−14およびIL−15);
インターロイキンレセプター(例えば、IL−1R、IL−2R、IL−4R、IL−5R、IL−6R、IL−7R、IL−8R、IL−10R、IL−11R、IL−12R、IL−13R、IL−14RおよびIL−15R);
ケモカイン(例えば、PF4、RANTES、MIP1α、MCP1、NAP−2、Groα、GroβおよびIL−8);
増殖因子(例えば、TNFα、TGFβ、TSH、VEGF/VPF、PTHrP、EGFファミリー、EGF、PDGFファミリー、エンドセリンおよびガストリン放出ペプチド(GRP));
増殖因子レセプター(例えば、TNFαR、RGFβR、TSHR、VEGFR/VPFR、FGFR、EGFR、PTHrPR、PDGFRファミリー、EPO−R;GCSF−Rおよび他の造血レセプター;
インターフェロンレセプター(例えば、IFNαR、IFNβRおよびIFNγR);
Igおよびそれらのレセプター(例えば、IgE、FceRIおよびFceRII);
血液因子(例えば、補体C3b、補体C5a、補体C5b−9、Rh因子、フィブロネクチン、フィブリンおよびミエリン関連増殖インヒビター)。
【0137】
本発明の処方物および組成物のタンパク質成分は、任意の天然タンパク質抗原、合成タンパク質抗原または組換えタンパク質抗原であり得、例えば、破傷風毒素、ジフテリア(diptheria)毒素、ウイルス表面タンパク質(例えば、CMV糖タンパク質B、HおよびgCIII、HTV−1エンベロープ糖タンパク質、RSVエンベロープ糖タンパク質、HSVエンベロープ糖タンパク質、EBVエンベロープ糖タンパク質、VZVエンベロープ糖タンパク質、HPVエンベロープ糖タンパク質、インフルエンザウイルス糖タンパク質、肝炎ファミリー表面抗原)、ウイルス性構造タンパク質、ウイルス性酵素、寄生生物性タンパク質、寄生生物性糖タンパク質、寄生生物性酵素ならびに細菌性タンパク質を含む。
【0138】
腫瘍抗原(例えば、her2−neu、ムチン、CEAおよびエンドシアリン(endosialin))もまた含まれる。アレルゲン(例えば、ハウスダストダニ抗原、lol p1(草)抗原およびウルシオール)が含まれる。
【0139】
毒素(例えば、シュードモナスエンドトキシンおよびオステオポンチン/ウロポンチン(uropontin)、ヘビ毒液およびハチ毒液)が含まれる。
【0140】
糖タンパク質腫瘍関連抗原(例えば、癌胎児抗原(CEA)、ヒトムチン、her−2/neuおよび前立腺特異的抗原(PSA)[R.A.HendersonおよびO.J.Finn、Advances in Immunology、62、217−56頁(1996)])も含まれる。
【0141】
(投与および生物学的送達)
これまでに、治療用タンパク質は、それらのごくわずかな経口生物利用能および血漿中での短い生存という特徴のために、一般に、頻繁な注射により投与されていた。本発明のタンパク質結晶処方物および組成物は、タンパク質薬物についての微粒子ベースの徐放系を含み、患者のコンプライアンスおよびコンビニエンスの改善、より安定した血液レベルおよび可能用量の減少を有利に許容する。本発明の緩やかでかつ一定した放出能力は、投薬量を有利に減少させ得る。これは、活性タンパク質のより効率的な送達に起因する。有意なコストの節約は、本明細書中に記載のタンパク質処方物および組成物を用いて達成され得る。
【0142】
本発明に従うポリマー送達キャリア中にタンパク質結晶を含む処方物および組成物はまた、ワクチン、医薬品、個人医療処方物および組成物、獣医学的処方物、または経口酵素補充において使用される、任意の慣習的なキャリアまたはアジュバントを含み得る。これらのキャリアおよびアジュバントとしては、例えば、フロイントアジュバント、イオン交換体、アルミナ、ステアリン酸アルミニウム、レシチン、緩衝物質(ホスフェート)、グリシン、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、飽和植物性脂肪酸の部分的グリセリド混合物、水、塩または電解質(例えば、硫酸プロタミン)、リン酸水素ニナトリウム、塩化ナトリウム、亜鉛塩、コロイド状シリカ、マグネシウム、トリケイ酸塩、セルロースベースの物質およびポリエチレングリコールが挙げられる。局所形態またはゲルベース形態のためのアジュバントとしては、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリアクリレート、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックポリマー、ポリエチレングリコールおよび樹木のワックスアルコールが挙げられる。
【0143】
本発明の1つの実施態様に従って、タンパク質結晶は、制御放出投与(医薬品制御放出投与を含む)に使用される任意の従来の材料と組合わせられ得る。このような材料としては、例えば、コーティング、殻およびフィルム(例えば、腸溶性コーティングならびにポリマーコーティングおよびフィルム)が挙げられる。
【0144】
本発明に従うポリマー送達キャリアおよび組成物(組成物)におけるタンパク質処方物は、移植可能なデバイスのようなデバイスであり得、そして微粒子タンパク質送達系であり得る。
【0145】
本発明の1つの実施態様において、高分子結晶は、約0.01μmと約500μとの間、あるいは約0.1μmと約100μmとの間の最も長い寸法を有する。最も好ましい実施態様は、タンパク質結晶処方物成分のタンパク質結晶は、それらの最も長い寸法において約50μmと約100μmとの間であることである。このような結晶は、球状、針状、棒状、プレート状(例えば、五角形および正方形)、菱形、立方形、二錘形(bipyramids)および柱形からなる群より選択される形状を有し得る。
【0146】
本発明に従って、組成物を作製するための、ポリマーキャリア中のタンパク質結晶またはタンパク質結晶処方物のカプセル化は、架橋されたまたは非架橋のタンパク質結晶について実行され得る。このようなタンパク質結晶は、市販されているかまたは本明細書中に例示されるように生成され得る。
【0147】
本発明に従うタンパク質または核酸結晶もしくは結晶処方物および組成物は、化粧品(例えば、クリーム、ローション剤、乳液、泡、洗剤、コンパクト、ジェル、ムース、スラリー、粉末、スプレー、ペースト、軟膏(ointment)、軟膏(salve)、香膏、ドロップ、シャンプーおよび日焼け止め剤)を含む個人医療用組成物における成分として使用され得る。例えば、局所用クリームおよびローション剤において、それらは、湿潤剤としてか、または皮膚の保護、軟化、脱色、洗浄、除タンパク質剤、脂質除去、湿潤、漂白、着色または解毒するために使用され得る。それらはまた、化粧品中の抗酸化剤として使用され得る。
【0148】
本発明に従って、任意の個体(ヒト、動物および植物を含む)は、それらがある期間にわたって投与された個体における状態を処置するのに十分な期間、薬学的に有効な量のタンパク質もしくは核酸結晶物または結晶処方物または結晶組成物を用いて、薬学的に受容可能な様式で処置され得る。あるいは、個体は、それらがある期間にわたって投与される個体における状態を予防するのに有効である、本発明のタンパク質あるいは核酸結晶もしくは結晶処方物または組成物の予防的有効量を受容され得る。
【0149】
タンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物は、単独で、またはアジュバントを伴うもしくは伴わない薬学的調製物、個人医療用調製物または獣医学的調製物の一部としてか、あるいは予防用調製物(例えば、ワクチン)の一部として、投与され得る。それらは、非経口経路かまたは経口経路により投与され得る。例えば、それらは、経口、肺、鼻、耳、肛門、皮膚、眼、静脈内、筋肉内、動脈内、腹腔内、粘膜、舌下、皮下、または頭蓋内経路により投与され得る。薬学的、個人治療的または獣医学的適用のいずれかにおいて、タンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物は、任意の上皮表面に局所的に投与され得る。このような上皮表面としては、口、眼、耳、肛門および鼻表面が挙げられ、これらは、タンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物の適用により処置、保護、修復または解毒され得る。
【0150】
本発明に従うタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物を含む薬学的、個人治療用、獣医学的または予防的処方物および組成物はまた、錠剤、リポソーム、顆粒、球、微粒子、マイクロスフェアおよびカプセルからなる群より選択され得る。
【0151】
このような使用、および本発明に従う他の使用について、タンパク質あるいは核酸結晶もしくは結晶処方物および組成物は、錠剤中に処方され得る。このような錠剤は、扱いが容易でかつ活性または能力の受容可能なレベルを保持するタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物の貯蔵のための、液体なし、ホコリなしの形態で構成される。
【0152】
あるいは、タンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物は、反応組成物を提供する投与のために使用される種々の都合良い貯蔵物形態であり得る。これらは、例えば、固体、半固体および液体形態(例えば、液体溶液または懸濁液、スリラー、ジェル、クリーム、香膏、乳液、ローション、粉末、スプレー、泡、ペースト、軟膏(ointment)、軟膏(salve)、香膏およびドロップ)を含む。
【0153】
本発明に従うタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物はまた、薬学的組成物、個人医療用組成物または獣医学的処方物において使用される任意の従来のキャリアまたはアジュバントを含み得る。これらのキャリアはおよびアジュバントには、例えば、フロイントアジュバント、イオン交換体、アルミナ、ステアリン酸アルミニウム、レシチン、緩衝物質(ホスフェート)、グリシン、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、植物性飽和脂肪酸の部分的グリセリド混合物、水、塩または電解質(例えば、硫酸プロタミン)、リン酸水素二ナトリウム、塩化ナトリウム、亜鉛塩、コロイド状シリカ、マグネシウム、トリケイ酸塩、セルロースベースの物質およびポリエチレングリコールが挙げられる。局所的またはゲルベース形態のためアジュバントは、例えば、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリレート、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン−ブロックポリマー、ポリエチレングリコールおよび樹木ワックスアルコールを含み得る。
【0154】
本発明のタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物の最も有効な投与形態および投薬レジメは、所望の効果、以前の治療(もしあれば)、個人の健康状態または症状自体の状態、ならびにタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物に対する応答、ならびに処置する医師または臨床医の判断に依存する。このタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物は、ある時点かまたは一連の処置にわたる、薬学的、ワクチン接種、遺伝子治療、免疫治療、個人医療用組成物または獣医学的処方物に受容可能な任意の投薬形態において処方され得る。
【0155】
単回投薬を提供するタンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物の量は、投与、処方、投薬レベルまたは投薬頻度の特定の様式に依存して変化する。代表的な調製物は、約0.01%と約99%との間、好ましくは約1%と約50%との間の、タンパク質結晶または核酸結晶(W/W)を含む。あるいは調製物は、約0.01%と約80%との間のタンパク質結晶、好ましくは約1%と約50%との間のタンパク質結晶(W/W)を含む。あるいは、調製物は、約0.01%と約80%との間のタンパク質結晶処方物、好ましくは約1%と約50%との間のタンパク質結晶処方物(W/W)を含む。
【0156】
個体の状態の改善の際、タンパク質もしくは核酸結晶または結晶処方物または結晶組成物の維持用量が、必要ならば投与され得る。続いて、投与の投薬量または頻度、あるいはその両方は、改善された状態が維持されるレベルまで、症状の関数として減少され得る。症状が所望のレベルまで緩和された場合、処置は、止めるべきである。しかし、個体は、それらの状態または症状のいずれの再発に基づき、長期において、断続的な処置を必要とし得る。
【0157】
(結晶、結晶処方物、および結晶組成物の産生)
本発明の1つの実施態様に従って、結晶、結晶処方物、および結晶組成物が、以下の工程によって調製される:最初に、タンパク質または核酸が結晶化される。次に、糖、糖アルコール、粘度増加剤、湿潤剤もしくは可溶化剤、緩衝塩、乳化剤、抗菌剤、抗酸化剤、および被覆剤から選択される賦形剤または成分が、母液に直接的に添加される。あるいは、結晶は、母液が除去された後に最少で1時間から最大で24時間までの間、賦形剤溶液中に懸濁される。賦形剤濃度は、代表的には、約0.01〜30%重量/重量である。最も好ましくは、約0.1〜10%である。成分濃度は、約0.01〜90%である。結晶濃度は、約0.01〜95%である。次いで、濾過によるかまたは遠心分離によるかのいずれかによって、結晶スラリーから母液を取り除く。引き続いて、必要に応じて50〜100%の1つ以上の有機溶媒(例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、または酢酸エチルのような)の溶液を用いて、室温または−20℃〜25℃の温度のいずれかにて、結晶を洗浄する。結晶を、その結晶上に窒素流、空気流、不活性ガス流のいずれかを通すことによって、乾燥させる。あるいは、風乾によって、または凍結乾燥法によって、または真空乾燥によって、結晶を乾燥させる。この乾燥は、洗浄後に最少で1時間から最大で72時間までの間、最終産物の水分含有率が10%重量未満、最も好ましくは5%未満になるまで実施される。最終的に、必要であれば、結晶の微粉化が実施され得る。
【0158】
本発明の1つの実施態様に従って、タンパク質結晶、タンパク質結晶処方物またはタンパク質結晶組成物を調製する場合、エンハンサー(例えば、界面活性剤)は、結晶化の間には添加されない。賦形剤または成分は、約1〜10%重量/重量の濃度で、あるいは約0.1〜25%重量/重量の濃度で、あるいは約0.1〜50%重量/重量の濃度で、結晶化の後に母液に添加される。賦形剤または成分は、結晶と共に母液中において、約0.1〜3時間インキュベートされる。あるいは、このインキュベーションは、0.1〜12時間実施される。あるいは、このインキュベーションは、0.1〜24時間実施される。
【0159】
本発明の別の実施態様において、成分または賦形剤は母液以外の溶液中に溶解され、そしてタンパク質結晶は、母液から取り出されて、そしてこの賦形剤溶液または成分溶液中に懸濁される。成分または賦形剤の濃度およびインキュベーション時間は、上記の濃度および時間と同じである。
【0160】
(徐放形態および徐放ワクチン)
本発明の別の実施態様において、ポリマーキャリア中でのリパーゼのカプセル化は、腸リパーゼ欠損に罹患している患者を処置するために有用な組成物を提供する。そのような患者としては、膵性脂肪便を有する患者が挙げられる。これは、進行型の膵性機能不全が、経口的なリパーゼ補充を必要とするためである。不幸なことに、現在の治療方法は、胃腸管を通して移動する間に活性なリパーゼを保護し、そして小腸内でこの酵素活性が臨床的に必要とされる箇所でこの酵素活性を放出するのに十分な程に順応的ではあり得ない(L.Guarnerら、「Fate of oral enzymes in pancreatic insufficiency」、Gut、第34巻、第708〜712頁(1993)を参照のこと)。緩徐に有効な活性リパーゼを調製する際の本発明の順応性は、リパーゼ補充としばしば関連する現在の問題点を解決する。本発明の1つの実施態様に従って、カプセル化リパーゼ結晶(組成物)と、非カプセル化架橋リパーゼ結晶または非カプセル化架橋リパーゼ処方物との組合わせは、薬物療法レジメンを提供する。この薬物療法レジメンにおいて、酵素活性は、早くから、非カプセル化架橋リパーゼから利用可能である。この物質がタンパク質分解性の分解を受けるにつれて、カプセル化酵素(組成物)は、より遠位の腸内へと酵素活性を放出し始める。類似のストラテジーが、他の酵素または治療用タンパク質の補充の問題を解決するために使用され得る。
【0161】
本発明はまた、他の徐放方法論(例えば、ホルモン、抗体もしくは酵素、またはそれらを含有する組成物を含むカプセル化タンパク質結晶で予め負荷されている、シリコンベースの環(ring)または桿(rod))を利用し得る。本発明の技術の目的は、数週間または数ヶ月の期間にわたって、血流に一定レベルのタンパク質を提供することである。そのようなインプラントは、皮内に挿入され得、そして必要とされる場合に、安全に置換および除去され得る。
【0162】
本発明に従う他の処方物および組成物としては、タンパク質(抗原)結晶、アジュバント、およびカプセル化ポリマーを含むワクチン処方物およびワクチン組成物が挙げられる。タンパク質抗原は、ウイルス性糖タンパク質、ウイルス性構造タンパク質、ウイルス性酵素、細菌性タンパク質、またはウイルス性もしくは細菌性タンパク質の幾分操作されたホモログ、あるいは任意の免疫増強タンパク質(例えば、サイトカイン)であり得る。そのような処方物または組成物の1つの実施態様としては、3つ以上の異なる放出プロフィールを有するマイクロスフェアを含有する単回ワクチン注射が挙げられる。この様式において、抗原処方物または抗原組成物は、永続する免疫性を生成するのに十分な持続期間にわたって、放出され得る。この処方物または組成物によって、複数の抗原ブーストは、一回単位の形態であり得る。より早い分解調製物(組成物)は、免疫応答を増強するために免疫原アジュバントを含み得る。そのような系の1つの利点は、タンパク質結晶を用いることによって、このエピトープのネイティブの三次元構造が維持され、そしてそれらのネイティブ形態で免疫系に提示されるということである。
【0163】
一旦、免疫系が初回抗原刺激を受けると、アジュバント効果に対する必要性は少なくなり得る。従って、より緩徐に分解される接種においては、より少ない抗原性アジュバントが含められ得、そしてこの処方物および組成物の最も緩徐に分解されるマイクロスフェアにおいては、おそらくアジュバントは全く必要とされ得ない。この様式において、遠隔地にある患者集団は、感染疾患に対する防御を提供するために、複数回処置される必要がない。タンパク質の生物学的送達についての当業者は、このテーマに対して多くの改変が可能であることを認識する。従って、本明細書中に提供される実施例は、本発明を制限することを意図しない。
【0164】
本発明の別の実施態様においては、混合ワクチンが産生され得、それによって一回の注射で複数の疾患に対する免疫が誘導される。上記のように、異なる放出プロフィールを有するマイクロスフェアは、単独で、または処方物および組成物において組合わせられ得る。そしてこれには、混合ワクチン(処方物および組成物)を産生するための複数の病原菌由来の抗原を含むマイクロスフェアが挙げられ得る。例えば、複数の放出プロフィールを有し、そして麻疹、おたふくかぜ、風疹、ポリオ、およびB型肝炎の因子の抗原結晶を含有するマイクロスフェアが合わせられ得、そして小児に投与され得る。あるいは、複数の放出プロフィールを有し、そしてHIV gp120の異なる分離菌の結晶を含有するマイクロスフェアが、HIV−1またはHIV−2のためのワクチンを産生するために合わせられ得る。
【0165】
本発明の別の利点は、ポリマーキャリア内にカプセル化され、そしてマイクロスフェアを含有する組成物を形成しているタンパク質結晶が、凍結乾燥法によって乾燥され得るということである。凍結乾燥法(lyophilization)(すなわち、凍結乾燥(freeze−drying))は、組成物から水分を分離させる。タンパク質結晶組成物は、最初に凍結され、次いで高真空下に置かれる。真空下で、結晶のH2Oは昇華し、わずかな結合水のみを含むタンパク質結晶組成物が残される。そのような工程は、この組成物をさらに安定化させ、そして代表的に遭遇する周囲温度でのより簡便な貯蔵および輸送を可能にする。
【0166】
この特徴は、特に、処方物または組成物における、単回用量の滅菌容器(「アンプル」)、あるいはスラリーのような単回用量の任意の所望増分に調剤され得る治療用タンパク質およびワクチンについて望ましい。次いで、調剤されたスラリー、処方物または組成物を含むアンプルは、滅菌条件下で、キャップされ得、バッチ凍結(batch frozen)され得、そして凍結乾燥され得る。そのような滅菌容器は、世界中にわたって輸送され得、そして周囲温度で貯蔵され得る。そのような系は、遠隔地および世界の未開地域へと滅菌ワクチンおよび治療用タンパク質を提供するために有用である。使用の時点で、このアンプルは、選択された滅菌溶媒または滅菌緩衝液を用いて再水和され、そして投薬される。このシナリオの下では、最小限の冷凍が必要とされるか、または冷凍は全く必要とされない。
【0167】
(タンパク質結晶化)
タンパク質結晶は、水溶液、または有機溶媒を含む水溶液からの制御されたタンパク質結晶化によって発生する。制御され得る溶液の条件としては、例えば、溶媒、有機溶媒のエバポレーション速度、適切な共存溶質および緩衝液の存在、pHならびに温度が挙げられる。タンパク質の結晶化に作用する種々の因子についての包括的な概説は、McPherson、Methods Enzymol.114、第112〜20頁(1985)によって公表されている。
【0168】
McPhersonおよびGilliland、J.Crystal Growth、90、第51〜59頁(1988)によって、結晶化されたタンパク質および核酸、ならびにそれらが結晶化された条件の、包括的リストが編集されている。結晶および結晶化処方の大要、ならびに解明されたタンパク質構造および核酸構造の座標(coordinate)の収集所は、Brookhaven National LaboratoryのProtein Data Bank(http//www.pdb.bnl.gov;Bernsteinら、J.Mol.Biol.112、第535〜42頁(1977))によって維持される。これらの参照は、適切なタンパク質結晶の形成に対する前置きとして、タンパク質の結晶化に必要とされる条件を決定するために使用され得、そして他のタンパク質についての結晶化ストラテジーを導き得る。あるいは、多くの場合は、多くのタンパク質について受容可能なレベルの純度が達成され得るという条件で、知的な試行錯誤の研究ストラテジーによって、それらの適切な結晶化条件が作り出され得る(例えば、C.W.Carter、Jr.およびC.W.Carter、J.Biol.Chem.、254、第12219〜23頁(1979)を参照のこと)。
【0169】
一般的に、結晶は、結晶化されるべきタンパク質を、適切な水性溶媒または適切な結晶化因子(例えば、塩または有機溶媒)を含有する水性溶媒と組合わせることによって産生される。溶媒は、タンパク質と組合わせられ、そして結晶化の誘導に適切であり、かつタンパク質の活性および安定性の維持のために受容可能であることが実験的に決定された温度での攪拌に供され得る。この溶媒は、必要に応じて、共存溶質(例えば、二価のカチオン、補因子、またはカオトロープ)、ならびにpHを制御するための緩衝液種を含み得る。共存溶質の必要性およびそれらの濃度は、結晶化を促進させるために実験的に決定される。
【0170】
非晶質沈殿物と結晶性物質との間を識別することが重要である。結晶性物質は、物質の固体状態の形態であり、これは非晶質の固体状態とは異なる。結晶は、格子構造、特徴的形状、および光学的特徴(例えば、屈折率および複屈折)を含む特徴的な特性を示す。結晶は、三次元において周期的に繰り返されるパターンで配置される原子からなる。対照的に、非晶質物質は、物質の非結晶性固体状態であり、時として非晶質沈殿物といわれる。そのような沈殿物は、結晶性固体状態に特徴的な分子格子構造を全く有さず、そして複屈折、または物質の結晶性形態に代表的な他の分光学的特徴を示さない。
【0171】
産業的スケールの工程においては、結晶化へと導く制御された沈殿析出は、バッチプロセスにおけるタンパク質、沈殿剤、共存溶質、および必要に応じて緩衝液を単純に組合わせることによって、最良に実施され得る。別の選択肢として、タンパク質は、出発物質としてタンパク質沈殿物を使用することによって結晶化され得る。この場合、タンパク質沈殿物を結晶化溶液に添加し、そして結晶形成までインキュベートする。代替的な研究室での結晶化方法(例えば、透析または拡散蒸着)もまた、採択され得る。McPherson(前出)およびGilliland(前出)は、結晶化の文献についてのそれらの概説において、適切な条件の包括的リストを包含する。
【0172】
時折、結晶化タンパク質が架橋されるべき場合において、意図される架橋剤と結晶化媒質との間の不適合性は、結晶をより適切な溶媒系に交換することを必要とし得る。
【0173】
結晶化条件がすでに記載されている多くのタンパク質が、本発明に従ってタンパク質結晶を調製するために使用され得る。しかし、上記に引用された参考文献の大半において報告された条件は、多くの場合、わずかに大きな、回折の質の結晶(diffraction quality crystal)を産生するように最適化されていることに留意すべきである。従って、本発明のタンパク質結晶を作製する際に使用される、より少ない結晶の大規模産生のための高収量工程を提供するために、これらの条件を幾分調整することが必要とされ得るということが当業者によって認識される。
【0174】
(タンパク質結晶の架橋)
本発明の1つの実施態様によると、例えば、ポリマーキャリア(組成物)からのタンパク質の放出速度は、ゆっくりであり得、そしてクロスリンカー(例えば、生体適合性のクロスリンカーのような)を使用して化学的に架橋したタンパク質結晶の使用により制御され得る。従って、一旦タンパク質結晶が、好適な培地中で増殖されると、クロスリンカーされ得る。
【0175】
架橋は、可逆性のクロスリンカー(並行にまたは順に)を使用して実行され得る。得られた架橋タンパク質結晶は、反応性の多機能性(multi−functional)リンカーにより特徴付けられる。トリガーは、別の基として取り込まれる。反応性官能基(functionality)は、タンパク質の反応性アミノ酸側鎖をともに結合させることに関与し、そしてトリガーは、周囲の環境の1つ以上の条件(例えば、pH、温度、または熱力学的な水の活性)を変化させることにより破壊され得る結合からなる。これは以下のように例示される:
X−Y−Z + 2AA残基 −−>AA1−X−Y−Z−AA2
環境の変化 −−>AA1−X + Y−Z−AA2
−−ここで、XおよびZは、反応性官能基を有する基であり、
−−ここで、Yは、トリガーであり、
−−ここで、AA1およびAA2は、同じタンパク質上かまたは2つの異なるタンパク質上の反応性アミノ酸残基を示す。架橋剤とタンパク質との間の結合は、共有結合、イオン結合、または水素結合であり得る。周囲の環境の変化は、トリガー結合の切断およびタンパク質の解離を生じる。従って、このような可逆性の架橋剤と架橋したタンパク質結晶内の架橋が切断した場合、タンパク質結晶の解離を生じ、従って、活性を失う。
【0176】
あるいは、クロスリンカーのおよびトリガーの反応性官能基は、以下のように同じであり得る:
X−Z + 2AA残基 −−>AA1−X−Z−AA2
環境の変化 −−>AA1 + X−Z−AA2。
【0177】
クロスリンカーは、同種官能基(X=Y)または異種官能基(Xは、Yと同じではない)であり得る。反応性官能基XおよびYは、以下の官能基であり得るがそれらに限定されない(ここで、R、R’、R”およびR’”は、アルキル基、アリール基または水素基であり得る):
I.反応性アシル供与体は、以下により例示される:カルボキシレートエステルRCOOR’、アミドRCONHR’、アシルアジドRCON3、カルボジイミドR−N=C=N−R’、N−ヒドロキシイミドエステルRCO−O−NR’、イミドエステルR−C=NH2’(OR’)、無水物RCO−O−COR’、カルボネートRO−CO−O−R’、ウレタンRNHCONHR’、酸性ハロゲン化物RCOHal(ここで、Halは、1つのハロゲンである)、アシルヒドラジドRCONNR’R”、O−アシリスキュアー(acyliscurea)RCO−O−C=NR’(−NR”R’”)。
【0178】
II.反応性カルボニル基は、以下により例示される:アルデヒドRCHO、およびケトンRCOR’、アセタールRCO(H2)R’、ケタールRR’CO2R’R”。タンパク質の固定化および架橋の当業者に公知の官能基を含む反応性カルボニルは、以下の文献に記載される[Pierce Catalog and and Handbook、Pierce Chemical Company、Rockford、Illinois(1994);S.S.Wong、Chemistry of Protein Conjugation and Cross−Linking、CRC Press、Boca Raton、Florida(1991)]。
【0179】
III.アルキルまたはアリール供与体は、以下により例示される:アルキルハロゲン化物またはアリールハロゲン化物R−Hal、アジドR−N3、硫酸エステルRSO3R’、リン酸エステルRPO(OR’3)、アルキルオキソニウム塩R3O+、スルホニウムR3S+、硝酸エステルRONO2、MichaelアクセプターRCR’=CR’”COR”、フッ化アリールArF、イソニトリル
【0180】
【化1】
ハロアミン(haloamine)R2N−Hal、アルケンおよびアルキン。
【0181】
IV.硫黄含有基は、以下により例示される:ジスルフィドRSSR’、スルフヒドリルRSH、エポキシド
【0182】
【化2】
V.塩は以下により例示される;アルキルアンモニウム塩またはアリールアンモニウム塩R4N+、カルボキシレートRCOO−、スルフェートROSO3−、ホスフェートROPO3”およびアミンR3N。
【0183】
以下の表1は、放出機構により体系付けられるトリガーの例を挙げる。表1において、R=は、多機能架橋剤であり、これは、アルキル、アリール、または架橋すべきタンパク質と反応し得る活性基を有する他の鎖であり得る。これらの反応基は、任意の種々の基(例えば、求核置換、フリーラジカル置換、または求電子置換に感受性の基(特に、ハロゲン化物、アルデヒド、カルボネート、ウレタン、キサンタン、エポキシドを含む))であり得る。
【0184】
【表1】
可逆性クロスリンカーのさらなる例は、T.W.Green、Protective Groups in Organic Synthesis、John WileyおよびSons(編)(1981)に記載される。可逆性保護基に使用するための任意の種々のストラテジーは、可逆性の制御された可溶化が可能な、架橋されたタンパク質結晶の生成に好適なクロスリンカー中に導入され得る。種々のアプローチが、この主題のWaldmannの総説(Angewante Chemie Inl.Ed.Engl.35、2056頁(1996))に列挙される。
【0185】
可逆性クロスリンカーの他の型は、ジスフィルド結合含有クロスリンカーである。このようなクロスリンカーにより形成されたトリガー破損架橋は、還元剤(例えば、システイン)の架橋したタンパク質結晶環境への添加である。
【0186】
ジスフィルドクロスリンカーは、Pierce Catalog and Handbook(1994−1995)に記載され、そしてより最近には、G.T.Hermansonによる「Bioconjugate Techniques」、(1996)、Academic Press、Division of Harcourt Brace and Company、525 B Street、Suite 1990、San Diego、CA 92101−4495に記載される。
このようなクロスリンカーの例は、以下を含む:
(同種二官能性(対称性))
(DSS)− ジチオビス(スクシンイミジルプロピオネート)、Lomant剤としても知られる
(DTSSP)−3−3’−ジチオビス(スルホスクシンイミジルプロピオネート)、DSPの水溶性版
(DTBP)− ジメチル3,3’−ジチオビスプロピオンイミデート・HCl。
(BASED)− ビス−(β−[4−アジドサリチルアミノ]エチル)ジスルフィド
(DPDPB)− 1,4−ジ−(3’−[2’−ピリジルジチオ]−プロピオンアミド)ブタン
(異種二官能性(非対称性))
(SPDP)− N−スクシンイミジル−3−(2−ピリジルジチオ)プロピオネート
(LC−SPDP)− スクシンイミジル−6−(3−[2−ピリジルジチオ]プロピオネート)ヘキサノエート
(スルホ−LC−SPDP)− スルホスクシンイミジル−6−(3−[2−ピリジルジチオ]プロピオネート)ヘキサノエート、LC−SPDPの水溶性版
(APDP)− N−(4−[p−アジドサリチルアミド]ブチル)−3’−(2’−ピリジルジチオ)プロピオンアミド
(SADP)− N−スクシンイミジル(4−アジドフェニル)1,3’−ジチオプロピオネート
(スルホ−SADP)− スルホスクシンイミジル(4−アジドフェニル)1,3’−ジチオプロピオネート、SADPの水溶性版
(SAED)− スルホスクシンイミジル−2−(7−アジド−4−メチルクマリン(methycoumarin)−3−アセトアミド)エチル−1,3’ジチオプロピオネート
(SAND)− スルホスクシンイミジル−2−(m−アジド−o−ニトロベンズアミド)エチル−1,3’−ジチオプロピオネート
(SASD)− スルホスクシンイミジル−2−(p−アジドサリチルアミド)エチル−1,3’−ジチオプロピオネート
(SMPR)− スクシンイミジル−4−(p−マレイミドフェニル)ブチレート
(スルホ−SMPR)− スルホスクシンイミジル−4−(p−マレイミドフェニル)ブチレート
(SMPT)− 4−スクシンイミジルオキシカルボニル−メチル−α−(2−ピリジルチオ)トルエン
(スルホ−LC−SMPT)− スルホスクシンイミジル−6−(α−メチル−α−(2−ピリジルチオ)トルアミド)ヘキサノエート。
【0187】
詳細には、G.T.Hermanson、(1996)、Academic Press、Division of Harcourt Brace & Company、525 B Street、Suite 1900、San Diego、CA 92101−4495による「Bioconjugate Techniques」の、Zero−length Cross−linkers、Homobifunctional Cross−linkers and Heterobifunctional Cross−linkersのII部、3−5章を参照のこと。
【0188】
本発明のタンパク質の形成に有用な架橋タンパク質結晶はまた、PCT特許出願PCT/US91/05415に示される方法に従って調製され得る。
【0189】
(ポリマーキャリアにおけるタンパク質結晶のカプセル化)
本発明の1つの実施態様によると、組成物は、タンパク質結晶が少なくとも1つのポリマーキャリアにおいて、カプセル化によりマイクロスフェア形態になるように、ポリマーキャリアのマトリックスとともにカプセル化される場合、それらのネイティブな三次構造および生物学的に活性な三次構造を保存するように生成される。結晶は、異なる生物学的環境への送達または特定の機能に効果を及ぼすために好適な独特の特性を有する、種々の生体適合性および/または生分解性ポリマーを使用してカプセル化され得る。従って、活性なタンパク質の溶解速度および送達速度は、特定のカプセル化技術、ポリマー組成物、ポリマー架橋、ポリマーの厚さ、ポリマー溶解度、タンパク質結晶の相対位置および程度、ならびにもしあれば、タンパク質結晶架橋の相対位置および程度により決定される。
【0190】
カプセル化されるタンパク質の結晶または処方物は、有機溶媒に溶解したポリマーキャリアに懸濁される。ポリマー溶液は、溶液に添加された後、タンパク質の結晶または処方物を完全に被膜するに十分な濃度に濃縮されなければならない。このような量は、約0.02と約20との間、好ましくは、約0.1と約2との間のポリマーに対するタンパク質結晶の重量比を提供する量である。タンパク質結晶は、約0.5分と約30分の間、好ましくは約1分と約3分との間の時間の間、溶液中のポリマーと接触される。結晶は、懸濁されたままであるべきであるべきであり、そしてポリマーと接触させることにより結晶は被膜されるので、凝集し得ない。
【0191】
その接触後、結晶は被膜され、そして新生マイクロスフェアと呼ばれる。新生マイクロスフェアは、被膜化が起こっている間大きさが増加する。本発明の好ましい実施態様において、ポリマーキャリアおよび有機溶媒とともに懸濁された被膜化結晶または新生ミクロスエフェアは、乳化剤として公知の界面活性剤を含む大量の水溶液に移される。この水溶液において、懸濁された新生マイクロスフェアは、水相に浸漬され、ここで、有機溶媒は、エバポレートするか、またはポリマーから拡散させる。最終的に、ポリマーは、もはや可溶性ではなく、そしてタンパク質結晶または処方物をカプセル化して組成物を形成した沈殿相を形成する点に達する。このプロセスのこの局面は、ポリマーキャリアまたはポリマーの硬化といわれる。乳化剤は、硬化相プロセスの間の系での物質の種々の相間の界面の表面張力を低減するのを助ける。あるいは、被膜ポリマーが、いくらかの固有の界面活性を有する場合、別の界面活性剤を添加する必要はない。
【0192】
カプセル化タンパク質結晶を本発明に従って調製するために有用な乳化剤としては、ポリマー被覆タンパク質結晶もしくはポリマー被覆結晶処方物と溶液との間の表面張力を減少し得る、本明細書に例示されるようなポリ(ビニルアルコール)、界面活性剤および他の表面活性剤が挙げられる。
【0193】
本発明のマイクロスフェアを調製するために有用な有機溶媒としては、塩化メチレン、酢酸エチル、クロロホルムおよび他の非毒性溶媒が挙げられ、これらはポリマーの特性に依存する。ポリマーを溶解しそして究極的には非毒性である溶媒が、選択されるべきである。
【0194】
本発明の好ましい実施態様は、タンパク質結晶の結晶性が、カプセル化過程の間維持されることである。結晶性は、被覆過程の間、有機溶媒を使用して維持される(ここにおいては、結晶は可溶性ではない)。続いて、一旦被覆された結晶が水性溶媒に移されると、先の工程でのポリマーキャリアの迅速な硬化および結晶の十分な被覆が、溶解から結晶性材料を保護する。他の実施態様において、架橋されたタンパク質結晶の使用は、水性溶媒および有機溶媒の両方において、結晶性の維持を容易にする。
【0195】
タンパク質結晶を被覆するために、ポリマーキャリアとして使用されるポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーのいずれかであり得る。マイクロスフェアの加水分解速度は、大部分は、個々のポリマー種の加水分解速度によって決定される。一般的に、加水分解速度は、以下のように減少する:ポリカーボネート>ポリエステル>ポリウレタン>ポリオルトエステル>ポリアミド。生分解性ポリマーおよび生体適合性ポリマーの総説については、W.R.GombotzおよびD.K.Pettit、「Biodegradable polymers for protein and peptide drug delivery」、Bioconjugate Chemistry、第6巻、332〜351頁(1995)を参照のこと。
【0196】
好ましい実施態様において、ポリマーキャリアは、PLGAのような単一のポリマー型からなる。次の好ましい実施態様において、ポリマーキャリアは、50% PLGAおよび50%アルブミンのようなポリマーの混合物であり得る。
【0197】
本発明に従うカプセル化タンパク質結晶を調製するための、ポリマーキャリアとして有用な他のポリマーは、以下からなる群から選択される、生体適合性/生分解性ポリマーを含む:ポリ(アクリル酸)、ポリ(シアノアクリレート)、ポリ(アミノ酸)、ポリ(無水物)、ポリ(デプシペプチド)、ポリ(エステル)(例えば、ポリ(乳酸)もしくはPLA)、ポリ(b−ヒドロキシ酪酸)、ポリ(カプロラクトン)およびポリ(ジオキサノン);ポリ(エチレングリコール)、ポリ(ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド、ポリ[(オルガノ)ホスファゼン(phosphazene)]、ポリ(オルトエステル)、ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(ビニルピロリドン)、無水マレイン酸アルキルビニルエーテルコポリマー、pluronicポリオール、アルブミン、アルギン酸、セルロースおよびセルロース誘導体、コラーゲン、フィブリン、ゼラチン、ヒアルロン酸、オリゴサッカリド、グリカミノグリカン(glycaminoglycan)、硫酸化ポリサッカリド、それらの混合物ならびにコポリマー。他の有用なポリマーは、J.HellerおよびR.W.Balar、「Theory and Practice of Controlled Drug Delivery from Biodegradable Polymers」Academic Press,New York、NY、(1980);K.C.R.LehmanおよびD.K.Dreher,Pharmaceutical Technology 第3巻、5− 頁(1979);E.M.Ramadan,A.El−HelwおよびY.El−Said、Journal of Microencapsulateion、第5巻、125頁(1988)に記載される。好ましいポリマーは、使用されるタンパク質結晶の特定のタンパク質成分、およびカプセル化結晶(処方物および組成物)の意図される使用に依存する。あるいは、タンパク質結晶をカプセル化するために、溶媒エバポレーション技術が使用され得る(D.Babay,A.HoffmannおよびS.Benita,Biomaterials 第9巻、482−488頁(1988)を参照のこと)。
【0198】
本発明の好ましい実施態様において、タンパク質結晶は、二重エマルジョン法(double emulsion method)(本明細書中に例証される)を使用して、ポリ乳酸−co−グリコール酸のようなポリマーを用いて、少なくとも1つのポリマーキャリア中にカプセル化される。本発明の最も好ましい実施態様において、ポリマーは、ポリ乳酸−co−グリコール酸(「PLGA」)である。PLGAは、乳酸(「L」)とグリコール酸(「G」)とでの重縮合反応により調製されるコポリマーである。PLGAポリマーの結晶性および疎水性を調節するために、種々の割合のLおよびGが使用され得る。ポリマーのより高度な結晶性は、結果としてより緩徐な溶解をもたらす。20〜70%のG含有量を有するPLGAポリマーは、非結晶性固体である傾向があるが、GまたはLいずれかの高いレベルは、優れたポリマー結晶性をもたらす。PLGAの調製についてのさらなる情報は、D.K.GildingおよびA.M.Reed、「Biodegradable polymers for use in surgery−poly(glycolic)/poly(lactic acid) homo and copolymers:1」Polymer 第20巻、1459−1464頁(1981)を参照のこと。PLGAは、水への曝露後、エステル結合の加水分解により分解されて、非毒性の乳酸およびグリコール酸のモノマーを生成する。
【0199】
別の実施態様において、二重層(double−walled)ポリマー被覆されたマイクロスフェアは、有益であり得る。二重層ポリマー被覆されたマイクロスフェアは、2つの別々のポリマー溶液を、塩化メチレンまたはポリマーを溶解し得る他の溶媒中に調製することによって生成され得る。タンパク質結晶をこの溶液の一方に添加し、そして分散させる。ここで、このタンパク質結晶は、第1のポリマーで被覆される。次いで、この第1のポリマーで被覆されたタンパク質結晶を含む溶液を、第2のポリマー溶液と混合する。(Pekarek,K.J.;Jacob,J.S.およびMathiowitz,E. Double−walled polymer microspheres for controlled drug release,Nature,367,258−260を参照のこと)。今度は、第2のポリマーが、タンパク質結晶をカプセル化している第1のポリマーをカプセル化する。理想的には、次いで、この溶液を、表面活性剤もしくは乳化剤を含む、より大きな容積の水溶液中に滴下する。水溶液において、この溶媒は、2つのポリマー溶液からエバポレートされそしてポリマーを沈殿させる。
【0200】
上記の工程は、タンパク質結晶、DNA結晶またはRNA結晶のいずれかをこれらのいずれかの処方物中から使用して行われ、組成物を生成し得る。
【0201】
本発明に従う処方物は、タンパク質結晶および少なくとも1つの成分を含む。このような処方物は、50℃で貯蔵された場合、50℃の溶液中でのこのタンパク質の可溶性形態よりも、少なくとも60倍のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような処方物は、40℃および75%の湿度で貯蔵された場合、40℃および75%の湿度で貯蔵されたこのタンパク質結晶の非処方物形態よりも、少なくとも59倍のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような処方物は、50℃で貯蔵された場合、50℃で貯蔵されたこのタンパク質結晶の非処方物形態よりも、少なくとも60%のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような処方物は、50℃で4日間貯蔵された後のタンパク質のα−へリックス構造含有量の20%未満の損失によって特徴付けられ、ここで、このタンパク質の可溶性形態は、50℃で6時間貯蔵された後に、このタンパク質のα−へリックス構造含有量を50%を超えて損失する(FTIRによって測定した場合)。あるいは、このような処方物は、50℃で4日間貯蔵された後のこのタンパク質のα−へリックス構造含有量の20%未満の損失によって特徴付けれら、ここで、このタンパク質の可溶性形態は、50℃で6時間貯蔵された後に、このタンパク質のα−へリックス構造含有量を50%を超えて損失し(FTIRによって測定した場合)、そしてここで、このような処方物は、50℃で貯蔵される場合に、50℃の溶液中でのこのタンパク質の可溶性形態よりも、少なくとも60倍のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。
【0202】
本発明に従う組成物は、上記のタンパク質結晶処方物のうちの1つ、および少なくとも1つのポリマーキャリアを含み、ここで、この処方物は、このポリマーキャリアのマトリックス中にカプセル化されている。
【0203】
あるいは、本発明に従う組成物は、タンパク質結晶および少なくとも1つの成分の処方物を含む。このような組成物は、50℃で貯蔵された場合、50℃の溶液中でのこのタンパク質の可溶性形態よりも、少なくとも60倍のより長い有効期限によって特徴付けられ得る(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような組成物は、40℃および75%の湿度で貯蔵された場合、40℃および75%の湿度で貯蔵されたこのタンパク質結晶の非処方物形態よりも、少なくとも59倍のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような組成物は、50℃で貯蔵された場合、50℃で貯蔵されたこのタンパク質結晶の非処方物形態よりも、少なくとも60%のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。あるいは、このような組成物は、50℃で4日間貯蔵された後のタンパク質のα−へリックス構造含有量の20%未満の損失によって特徴付けられ、ここで、このタンパク質の可溶性形態は、50℃で6時間貯蔵された後に、このタンパク質のα−へリックス構造含有量を50%を超えて損失する(FTIRによって測定した場合)。あるいは、このような組成物は、50℃で4日間貯蔵された後のこのタンパク質のα−へリックス構造含有量の20%未満の損失によって特徴付けれら、ここで、このタンパク質の可溶性形態は、50℃で6時間貯蔵された後に、このタンパク質のα−へリックス構造含有量を50%を超えて損失し(FTIRによって測定した場合)、そしてここで、この処方物は、50℃で貯蔵される場合に、50℃の溶液中でのこのタンパク質の可溶性形態よりも、少なくとも60倍のより長い有効期限によって特徴付けられる(T1/2によって測定した場合)。
【0204】
本発明がより理解され得るように、以下に実施例を示す。これらの実施例は、例示のみの目的のためであり、いかなる様式によっても本発明の範囲を限定するように解釈され得ない。
【0205】
(実施例)
(実施例1 リパーゼ)
(Candida rugosaのリパーゼの結晶化)
材料:
A−Candida rugosaのリパーゼの粉末
B−セライト(Celite)粉末(珪藻土)
C−MPD(2−メチル−2,4−ペンタジオール)
D−5mM Caアセテート緩衝液pH4.6
E−脱イオン水。
【0206】
(手順)
1kgのリパーゼの粉末のアリコートを1kgのセライトとよく混合し、次いで、22Lの蒸留水を加えた。この混合物を攪拌してリパーゼの粉末を溶解させた。溶解が完了した後、酢酸を使用してpHを4.8に調整した。次に、この溶液を濾過して、セライトおよび溶解していない物質を除去した。次いで、この濾過物を30Kカットオフ(cut−off)中空繊維を使用してポンピング(pumping)し、30kD未満の分子量のタンパク質を全て除いた。蒸留水を加え、そしてリパーゼ濾過物を、残留物(retentate)の伝導率が蒸留水の伝導率と等しくなるまで中空繊維によりポンピングした。この時点で、蒸留水の添加を止め、そして5mMのCa−アセテート緩衝液を加えた。次に、Ca−アセテート緩衝液を、残留物の伝導率がCa−アセテート緩衝液の伝導率と等しくなるまで中空繊維によるポンピングにより送達した。その時点で、緩衝液の添加を止めた。このリパーゼ溶液を、30mg/ml溶液にまで濃縮した。この結晶化を、MPDを攪拌しながらこのリパーゼ溶液に緩やかにポンピングすることによって開始させた。MPDが20%容積/容積に達するまで、MPDの添加を続けた。この混合液を24時間またはタンパク質の90%が結晶化するまで攪拌した。得られた結晶を結晶化緩衝液で洗浄して、この結晶から可溶性物質を全て除去した。次いで、この結晶を新鮮な結晶化緩衝液中に懸濁して、42mg/mlのタンパク質濃度を達成した。
【0207】
(実施例2)
(賦形剤としてショ糖を使用するリパーゼ結晶の処方)
リパーゼ結晶の乾燥工程および貯蔵の間の安定性を増強するために、この結晶を賦形剤と共に処方した。この実施例において、リパーゼ結晶は、乾燥工程の前に、母液の存在下でスラリー形態で処方された。ショ糖(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を、母液中のリパーゼ結晶に賦形剤として加えた。十分なショ糖を、母液(10mM塩化カルシウムおよび20% MPDを含む10mM酢酸ナトリウム緩衝液、pH4.8)中20mg/mlタンパク質濃度のリパーゼ結晶に、最終濃度が10%に達するまで加えた。得られた懸濁物を室温で3時間反転させた。ショ糖での処置の後、この結晶を、この液体から、遠心分離(実施例6、方法4または5に記載される)により分離した。
【0208】
(実施例3)
(トレハロースを賦形剤として使用するリパーゼ結晶の処方)
リパーゼ結晶を、実施例2において、スクロースの代わりにトレハロース(Sigma Chemical Co.、St.Louis、MO)を添加することにより処方し、母液中の最終濃度10%にした。得られた懸濁物を、室温で3時間転倒混和(tumble)し、そしてその結晶を、実施例6の方法4または5に記載のように、遠心分離により液体から分離した。
【0209】
(実施例4)
ポリエチレンオキシド(PEO)を賦形剤として使用するリパーゼ結晶の処方)
リパーゼ結晶を、以下のように水中0.1%のポリエチレンオキシドを使用して処方した。この結晶(母液中20mg/ml)を、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離により母液から分離した。次いで、この結晶を、0.1%ポリエチレンオキシド(Sigma Chemical Co.、St.Louis、MO)中で3時間懸濁し、次いで、実施例6の方法4または5に記載のように、遠心分離により分離した。
【0210】
(実施例5)
(メトキシポリエチレングリコール(MOPEG)を賦形剤として使用するリパーゼ結晶の処方)
リパーゼ結晶を、実施例2にように、スクロースの代わりに母液中10%のメトキシポリエチレングリコール(最終濃度)(Sigma Chemical Co.、St.Louis、MO)を添加し、そして実施例6の方法4または5のように、3時間後に遠心分離により分離することにより処方した。
【0211】
(実施例6)
(結晶処方物を乾燥する方法)
(方法1.室温でのN2ガス乾燥)
実施例1、10、14、および21のように調製した結晶を、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離により、50ml FischerブランドDisposable遠心管(ポリプロピレン)中で、賦形剤を含む母液から分離した。次いで、この結晶を、約10psi圧の窒素の気流をこの管に一晩通すことによって乾燥した。
【0212】
(方法2.真空オーブン乾燥)
実施例1、10、14、および21のように調製した結晶を、まず、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離を使用して、50ml FischerブランドDisposableポリプロピレン遠心管中で、母液/賦形剤溶液から分離した。次いで、湿った結晶を、室温にて25 in Hgで真空オーブン(VWR Scientific Products)中に配置し、そして少なくとも12時間乾燥した。
【0213】
(方法3.凍結乾燥)
実施例1、10、14、および21のように調製した結晶を、まず、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離を使用して、50ml FischerブランドDisposableポリプロピレン遠心管中で、母液/賦形剤溶液から分離した。次いで、この湿った結晶を、Virtis Lyophilizer Model 24を使用して、半分閉めたバイアル中で凍結乾燥した。貯蔵温度(shelf temperture)を、凍結工程の間ゆっくりと−40℃へと低減した。この温度を16時間保った。次いで、2次乾燥を、さらに8時間実行した。
【0214】
(方法4.有機溶媒および風乾)
実施例1、10、14、および21のように調製した結晶を、まず、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離を使用して、50ml FischerブランドDisposableポリプロピレン遠心管中で、母液/賦形剤溶液から分離した。次いで、この結晶を、有機溶媒(エタノールまたはイソプロパノールまたは酢酸エチルあるいは他の適切な溶媒のような)中に懸濁し、遠心分離し、その上清をデカントし、そして換気フード中で2日間室温で風乾した。
【0215】
(方法5.室温での風乾)
実施例1、10、14、および21のように調製した結晶を、スイングバケットローターを備えたBeckman GS−6R卓上遠心機において1000rpmの遠心分離により、50ml FischerブランドDisposable遠心管(ポリプロピレン)中で、賦形剤を含む母液から分離した。続いて、結晶を、換気フード中で2日間風乾させた。
【0216】
(実施例7)
(可溶性リパーゼサンプル調製)
比較のために、可溶性リパーゼのサンプルを、リパーゼ結晶をリン酸緩衝化生理食塩水(pH7.4)に、20mg/mlに溶解することにより調製した。
【0217】
図2は、可溶性リパーゼについての安定性を示す。比活性は、時間とともに非常に迅速に減少する。2〜3時間以内、比活性は、約660マイクロモル/分/mgタンパク質から約100マイクロモル/分/mgタンパク質に減少する(すなわち約85%減少)。可溶性リパーゼについてのT1/2を算出すると1.12時間であった。
【0218】
(実施例8)
(リパーゼ活性を測定するためのオリーブオイルアッセイ)
実施例1〜7からのリパーゼ結晶を、pH7.7緩衝液中のオリーブオイルに対する活性について評価した。このアッセイを、Pharmaceutical Enzymes−Properties and Assay Methods、R.RuyssenおよびA.Lauwers(編)、Scientific Publishing Company、Ghent、Belgium(1978)に記載される手順に対するわずかな改変形を使用して、滴定により実行した。
【0219】
(試薬)
1.オリーブオイルエマルジョン:
アラビアゴム(Sigma)16.5gを、水180ml、オリーブオイル(Sigma)20mlに溶解し、そしてQuick Prepミキサーを3分間使用して乳化した
2.滴定液:0.05M NaOH
3.溶液A:3.0M NaCl
4.溶液B:75mM CaCl2・2H2O
5.混合物:溶液A40mlを、溶液B20mlおよび水100mlと混合した
6.0.5%アルブミン:
7.リパーゼ基質溶液(溶液7)を、オリーブオイルエマルジョン(溶液1)50mlを混合物(溶液5)40mlおよび0.5%アルブミン(溶液6)10mlに添加することにより調製した。
【0220】
(アッセイ手順)
リパーセ基質溶液(溶液7)を、水浴中で37℃に温めた。まず、基質20mlを、反応容器に加え、そしてそのpHを、0.05M NaOH(溶液2)を使用して7.7に調整し、そしてかき混ぜながら37℃に平衡化した。反応を、酵素を添加することにより開始した。反応の進行を、酵素と基質の混合物を0.05M NaOHで滴定することによりそのpHを7.7に維持しながら、モニターした。
【0221】
比活性(マイクロモル/分/mgタンパク質)は、(初速×1000×滴定液の濃度)/(酵素の量)に等しかった。ゼロ点は、酵素を伴わない反応を実行すること(すなわち、反応混合物中で酵素の代わりに緩衝液を使用すること)により決定した。
【0222】
(実施例9)
(活性)
実施例1〜5からの乾燥結晶の貯蔵活性を、実施例8に記載のようなオリーブオイルアッセイを使用して測定した。乾燥結晶(5mg)を、リン酸緩衝化生理食塩水(「PBS」)(pH7.4)1mlに溶解し、そしてその活性を、オリーブオイルを基質として使用して測定した。
【0223】
(貯蔵安定性(shelf stability))
実施例2〜5からの乾燥結晶リパーゼ処方物の貯蔵安定性を、相対湿度75%および温度40℃に制御された湿潤チャンバー(HOTPACK)中で実行した。この結晶の活性を、乾燥サンプル5mgをPBS緩衝液(pH7.4)に溶解し、オリーブオイルアッセイにおける活性を測定し、次いで最初の結果と比較することにより測定した。
【0224】
(方法5により乾燥した結晶処方物)
図3は、スクロース、トレハロース、およびPEOを用いて処方されたリパーゼ結晶の貯蔵安定性プロフィールを示す。方法5により乾燥した場合、PEOが最も保護的な賦形剤であり、次にスクロース次いでトレハロースであった。
【0225】
(方法4により乾燥した結晶処方物)
図4は、スクロース、トレハロース、PEO、およびMOPEGを用いて処方されたリパーゼ結晶の貯蔵安定性プロフィールを示す。方法4により乾燥した場合、賦形剤PEO、スクロースおよびMOPEGは、T1/2に対するそれらの効果により測定した場合に、酵素活性を保存するそれらの能力は同様であった。トレハロースは、他の賦形剤よりもリパーゼ活性の保護が劣った。
【0226】
(貯蔵安定性)
酵素の比活性が50%減少するのに要する時間は、T1/2として既知である。表2は、乾燥リパーゼ結晶の処方物についての比活性のT1/2に対する効果を示す。リパーゼについて、スクロースが最も保護的な賦形剤であり、ポリエチレンオキシド(PEO)、メトキシポリエチレングリコール(MOPEG)、そして最後にトレハロースと続いた。スクロースは、比活性のT1/2に対するその効果により測定した場合は、10倍を超えてより保護的であった。
【0227】
【表2】
T1/2を、Sigma Plotプログラムを使用する非線形回帰分析により有効期限データから算出した。表2は、リパーゼ処方物が、PEOを賦形剤として使用した場合に可溶性よりも1,923倍安定であったことを示す。さらに、リパーゼ処方物は、スクロースを賦形剤として使用した場合に、可溶性リパーゼよりも23,300倍安定であった(表2)。MOPEGおよびPEOを賦形剤として使用したリパーゼ結晶の処方物は、可溶性リパーゼよりも9,270倍および17,800倍安定であった(表2)。
【0228】
表2に示されるように、非処方結晶と比較して、処方された結晶の安定性は大きく増強されていた。表2に示されるように、例えば、トレハロースを用いて処方された結晶は、賦形剤を用いずに生成された非処方リパーゼ結晶よりも40℃で59倍安定であった。同様に、表2に示されるように、MOPEGを用いて処方された結晶は、非処方結晶よりも286倍安定であり、そしてPEOを用いて処方された結晶は、賦形剤を用いずに生成された非処方リパーゼ結晶よりも40℃で549倍安定であった。最後に、表2に示されるように、スクロースを用いて処方された結晶は、賦形剤を用いずに生成された非処方リパーゼ結晶よりも40℃で718倍安定であった。
【0229】
(水分含量)
水分含量を、VA−06 Vaporizerを装備するMitsubishi CA−06 Moisture Meter(Mitsubishi Chemical Corporation,Tokyo,Japan)を使用して、製造業者の指示に従って、Karl Fischer法によって決定した。
【0230】
【表3】
(結晶化度)
処方物の結晶強度を、定量的顕微鏡観察によって測定した。結晶が、乾燥後にその形状を維持するか否かを可視化するために、乾燥した結晶を、Image ProPlusソフトウェアとともにCamera AdapterとDXC−970MD 3CCD Color Video Cameraを装着したOlympus BX60顕微鏡の下で検査した。乾燥させた結晶のサンプルを、ガラスカバーストリップで覆い、取り付け、そしてOlympus UPLAN F1対物レンズ 10×/0.30 PH1を備えたOlympus顕微鏡(位相差)使用して、10倍の拡大率で検査した。
【0231】
この分析において、スクロース、トレハロース、PEOおよびMOPEGでもともと処方された結晶は、40℃および75%湿度にて129日後に容易に可視化された。図5は、PEOで処方された結晶が、最初の時点で存在したことを示す。129日後に得られそして図6に示した類似の顕微鏡観察は、結晶化度が、期間全体にわたって維持されたことを実証する。類似のデータを、スクロース、MOPEGおよびトレハロースで処方した結晶について得た(データは示さず)。
【0232】
(FTIRによる二次構造の特徴づけ)
フーリエ変換赤外分光法(「FTIR」)スペクトルを、Dongらに記載されるように、Nicoletモデル550Magnaシリーズ分光計で収集した(Dong,A.,Caughey,B.,Caughey,W.S.,Bhat,K.S.およびCoe,J.E.Biochemistry,1992;31:9364−9370;Dong,A.Prestrelski,S.J.,Allison,S.D.およびCarpenter,J.F.J.Pharm.Sci.,1995;84;415−424)。固体サンプルについて、1〜2mgのタンパク質を、350mgのKBr粉末で軽く施し、そして乱反射部品を用いて小さなカップを満たした。スペクトルを収集し、次いで、第2の誘導体を用いる二次構造の個々の成分の相対領域の決定のためのGalacticソフトウェアからのGrams 32、およびアミドI領域(1600〜1700cm-1)の下でカーブフィッティングプログラムを用いて、処理した。
【0233】
比較のために、可溶性リパーゼサンプルを、リン酸緩衝化生理食塩水中にリパーゼ結晶を溶解することによって調製し、そして安定性についてFTIRによって分析した。
【0234】
二次構造を、以下のように決定した:FTIRスペクトルを、Nicoletモデル550 Magnaシリーズ分光計で収集した。可溶性リパーゼの1mlのサンプルを、ARK ESPのセレン化亜鉛結晶上に置いた。スペクトルを、最初の時点(0)およびほとんどの活性が損失したまたはほぼ0の活性になった後に収集した。次いで、獲得したデータを、第2の誘導体を用いる二次構造の個々の成分の相対領域の決定のためのGalacticソフトウェアからのGrams 32ソフトウェア、およびアミドI領域(1600〜1700cm-1)の下でカーブフィッティングプログラムを用いて、処理した。
【0235】
【表4】
(結論)
表4は、可溶性リパーゼについて、約50%および75%のα−ヘリックスおよびβ−シート構造含量が、3日間にわたって損失したことを示す。ランダム構造の含量において対応する増加が存在した。
【0236】
対照的に、図4は、処方し乾燥した結晶が、可溶性酵素より非常に安定であることを示す。このような結晶は、40℃および75%湿度にて66日後に、6.1%〜21.1%の範囲のα−ヘリックス構造の損失を示した。この時点で、溶液中ランダムコイルは、3日間にわたって7〜50%増加し、一方、結晶化度は、66日後でさえ最小のランダムコイル含量を示した。
【0237】
FTIRを用いて二次構造における変化をモニタリングすることで得られた表4のデータは、図4に示す活性データと相関した。詳細には、スクロース、PEOおよびMOPEGで処方されたリパーゼは、トレハロースで処方した結晶(21%のα−ヘリックス構造の損失を示し、そして最も低い活性プロフィールを有した)よりも、α−ヘリックス構造の有意により少ない損失を示し、かつ上昇した温度および湿度にて66日間にわたって、より高い比活性を維持した。
【0238】
(実施例10:ヒト血清アルブミン)
(ヒト血清アルブミンの結晶化)
10グラムの粉末化したヒト血清アルブミンを、100mMリン酸緩衝液(pH5.5)(4℃)の75mlの攪拌した溶液に添加した。最終タンパク質濃度は120mg/mlであった(溶液のOD280値から推定した)。最初に、硫酸アンモニウム溶液(767g/l)(脱イオン水で調製した)を、最終濃度が350g/lまたは50%飽和まで、このタンパク質溶液に添加した。次に、結晶化溶液を、50%硫酸アンモニウム(pH5.5)中の50mg/mlアルブミン結晶1mlを用いて「播種(seed)」した。種結晶(seed crystal)を、100mMリン酸緩衝液中50%飽和の硫酸アンモニウム(pH5.5)の溶液との沈殿物を含まない結晶のサンプルを洗浄することによって調製した。播種した結晶化溶液を、4℃にて一晩、強力に回転するプラットフォーム上でインキュベートした。棒(rod)の形状の結晶(20μm)は、約16時間後の一晩の溶液中に出現した。
【0239】
(実施例11)
(賦形剤としてゼラチンを用いるHSA結晶の処方)
ヒト血清アルブミン(HSA)結晶の乾燥および保存の間の安定性を増強するために、この結晶を賦形剤とともに処方した。この実施例において、HSA結晶を、乾燥前の母液の存在下でスラリー形態で処方した。ゼラチン(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を、賦形剤としての母液中のリパーゼ結晶に添加した。十分なゼラチンを、母液(100mMリン酸緩衝液中2.5M硫酸アンモニウム(pH5.5))中のリパーゼ結晶に、タンパク質濃度20mgs/mlにて、10%の最終濃度に達するまで、添加した。得られた懸濁物を、室温にて3時間回転させた。ゼラチンでの処理の後、結晶を、実施例6の方法1に記載の遠心分離によって液体から分離した。
【0240】
(HSA結晶の乾燥)
次いで、HSA結晶を実施例6に記載の4つの方法によって乾燥させた。この結晶を、方法4の有機溶媒として冷エタノール(4℃)中に懸濁させた。
【0241】
(実施例12)
(可溶性ヒト血清アルブミン調製)
比較のために、可溶性HSAサンプルを、水中20mg/mlでHSAを溶解させることによって調製した。
【0242】
(実施例13)
(貯蔵安定性(shelf stability))
HSAの乾燥した結晶処方物の貯蔵安定性を、50℃の温度の水浴中で行った。この結晶の安定性を、FTIR分析により以下の構造崩壊によってモニタリングした。
【0243】
(水分含量)
水分含量を、VA−06 Vaporizerを装備するMitsubishi CA−06 Moisture Meter(Mitsubishi Chemical Corporation,Tokyo,Japan)を使用して、製造業者の指示に従って、Karl Fischer法によって決定した。
【0244】
【表5】
(結晶化度)
処方物の結晶強度を、実施例9に記載のように、定量的顕微鏡観察によって測定した。図7は、HSA結晶が、ゼラチンで処方物を調製した直後に、容易に可視化されたことを示す。図8は、結晶化度が、50℃にて4日間後に維持されたことを示す。
【0245】
(FTIRによる二次構造の特徴付け)
FTIRスペクトルを、Dongらに記載されるように、Nicoletモデル550Magnaシリーズ分光計で収集した(Dong,A.,Caughey,B.,Caughey,W.S.,Bhat,K.S.およびCoe,J.E.Biochemistry,1992;31:9364−9370;Dong,A.Prestrelski,S.J.,Allison,S.D.およびCarpenter,J.F.J.Pharm.Sci.,1995;84;415−424)。固体サンプルについて、1〜2mgのタンパク質を、350mgのKBr粉末で軽く施し、そして乱反射部品を用いて小さなカップを満たした。スペクトルを収集し、次いで、第2の誘導体を用いる二次構造の個々の成分の相対領域の決定のためのGalacticソフトウェアからのGrams 32、およびアミドI領域(1600〜1700cm-1)の下でカーブフィッティングプログラムを用いて、処理した。
【0246】
比較のために、可溶性HSAサンプルを、水中にHSA結晶を溶解することによって調製し、そして安定性についてFTIRによって試験した。二次構造を、実施例9に記載のように決定した。
【0247】
【表6】
(結論)
可溶性HSAは、溶液中で1時間後に78%のα−ヘリックス含量の急速な減少、およびランダムコイル構造の対応する増加を示した。
【0248】
乾燥処方した結晶は、約16%のα−ヘリックス含量の減少、β−シート含量の大幅な減少を示し、そしてランダム構造の含量の増加は示さなかった。
【0249】
(実施例14:ペニシリンアシラーゼ)
(ペニシリンアシラーゼの結晶化)
Boehringer Mannheimからのペニシリンアシラーゼの硫酸アンモニウム懸濁物が、粗材料であった。ペニシリンアシラーゼの懸濁物を、脱イオン水を用いて1:3希釈した。この溶液を、30Kメンブレンを用いるダイアフィルトレーションによって、A280nm/mlで200ODの最終濃度まで濃縮した。次いで、この酵素溶液を、4M NaH2PO4・H2Oを用いてA280nm/mlで150ODmまで希釈した。
【0250】
1.9M NaPO4の最終溶液濃度となる4Mおよび1Mの十分なNaH2PO4・H2Oの二相性溶液を、調製した。この場合、280mlの1M NaH2PO4・H2Oを、549mlの4M NaH2PO4・H2Oの頂部に注意深く重層した。この酵素溶液を、容器の側面に穏やかに注ぎ、1M層の上に層を形成した。船舶用インペラーと共にオーバーヘッド攪拌機を設定した。アジテーターを、その刃を4M/1M界面のすぐ下にして容器中に置いた。速度を、8.0の設定、すなわち600rpmに調整した。このアジテーターのスイッチを入れ、10分後に停止させた。インペラーを容器からはずした。種結晶の容積を、0.5容積%と0.1容積%との間で目盛り付きピペットを用いて測定し、そして20Lの滅菌ポリカーボネート容器中に添加した。この種を、添加前に10秒間よりも長く静置しなかった。この溶液を、フラットブレードインペラーを用いて約1分間、手動で攪拌した。この結晶化混合物を、24時間静置させた。
【0251】
24時間後、この容器を開け、そして溶液を30秒間、手動で混合した。この溶液を、さらに24時間沈澱させた。計48時間後、上清のうちの10mlのサンプルを採取した。このサンプルを、0.2ミクロンAcrodiscを用いて濾過した。上清のA280nmを測定した。上清のA280nmが1.0mg/mlよりも大きい場合、結晶化をさらに24時間継続させた。上清の濃度が1.0mg/ml未満になった場合、結晶スラリーおよび上清のA280nmを直接決定した。
【0252】
(実施例15:PA結晶についてのペニシリンGアッセイ)
ペニシリンアシラーゼについての活性アッセイの基礎は、この酵素によるベンジルペニシリンの酵素的加水分解を測定する滴定アッセイを含む。この酵素は、ペニシリンGからのフェニルアセチル基の切断を触媒し、これによりpHの減少を引き起こす。この活性は、反応1分間に(28℃にてpH8を維持するために)必要な50mM NaOHの容積の測定による。このアッセイは、塩化カリウムおよびTrisを用いて作製された基質緩衝液を使用する。そしてこのアッセイを、U/mgで報告した。
【0253】
(ペニシリンアシラーゼアッセイ):
(このアッセイにおいて用いられる化学物質および溶液):
1. ペニシリン−G、Sigma、カリウム塩
2. 0.05N 水酸化ナトリウム
3. 1.0M KC1、20mM Tris緩衝液、pH8.0
4. 10mM Tris、10mM CaCl2緩衝液、pH8.0
5. 0.01M PBS緩衝液、pH7.5
(基質溶液の調製)
1gのペニシリン−Gを、10mlの1.0M KC1、20mM Tris緩衝液、pH8.0および約70mlのDI水、1mlの10mM Tris、10mM CaCl2溶液中に添加した。次いで、この溶液のpHを、0.05N NaOHを用いて8.0に調整した。次いで、最終溶液容積を、100mlに調整した。この溶液を、各使用の前に新たに調製し、そして調製から5時間以内に使用した。
【0254】
(PAサンプル溶液の調製)
ペニシリンアシラーゼのサンプルを、PBS緩衝液、pH7.4中に溶解させた。代表的には、2mg〜4mg(乾燥重量)のタンパク質を、各アッセイに用いた。
【0255】
(ペニシリンGの加水分解についてのアッセイ)
20mlのペニシリンアシラーゼ基質溶液を、滴定容器中に添加し、そして28℃に平衡化させた。この酵素溶液をこの反応容器に添加した後、pHを8.0に維持するために0.05N NaOHを用いて反応混合物を滴定することにより、ペニシリン−Gの加水分解をモニタリングした。
【0256】
(実施例16:ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HPCD)を賦形剤として用いるPA結晶の処方):
乾燥および保存の間のPA結晶の安定性を増強するために、この結晶を、賦形剤と共に処方した。本実施例では、PA結晶を、乾燥前に母液の存在下でスラリー形態で処方した。ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HPCD)(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を、賦形剤として母液中のPA結晶に添加した。十分なHPCDを、母液(1.9M NaH2PO4、pH6.6)中20mg/mのタンパク質濃度でリパーゼ結晶に添加して、10%という最終濃度に到達させた。得られた懸濁物を、室温にて3時間転動(tumbled)させた。HPCDを用いる処理後、この結晶を、実施例6の方法1に記載のように遠心分離によって液体から分離した。
【0257】
(実施例17:母液自体を賦形剤として用いるPA結晶の処方):
PA結晶を、母液(1.9M NaH2PO4、pH6.6)を用いて処方した。この結晶を、実施例16においてのように、遠心分離によって分離した。
【0258】
(実施例18:PAの乾燥)
次いで、実施例15〜17からのPA結晶を、実施例6の方法1、3または4に従って乾燥させた。実施例6の方法4について用いた有機溶媒は、酢酸エチルであった。
【0259】
(実施例19:可溶性PA調製物):
比較標準として、可溶性PAのサンプルを、20mg/mlで水中にPA結晶を溶解させることによって調製した。
【0260】
可溶性PAの安定性を、経時的に測定した。そして時間に対する55℃でのプロット比活性を図9に示す。溶液中のPA酵素活性は、迅速に減衰し、そして約20時間後に検出できなかった。
【0261】
(実施例20:乾燥結晶の活性):
実施例18からの乾燥結晶の活性を、実施例15に記載される通りにPen Gアッセイにおいて試験した。乾燥した結晶(5mg)を、1mlの水中に溶解させ、そしてその活性を、基質としてPen Gを用いて測定した。
【0262】
(貯蔵安定性):
PA乾燥結晶処方物の貯蔵安定性を、PierceによるReactive−Therm III−Heating/Stirringモジュールを55℃の温度で用いて決定した。活性を、5mgの乾燥サンプルを水中に溶解し、そして実施例15に記載のPen Gアッセイにおいて酵素活性を測定することにより測定し、そして最初の結果と比較した。図10は、賦形剤を含むPA結晶および賦形剤を含まないPA結晶の貯蔵安定性プロフィールを示す。図10はまた、窒素(方法1)または風乾(方法4)を用いて乾燥したPA結晶処方物の貯蔵安定性プロフィールを示す。
【0263】
【表7】
T1/2を、Sigma Plotプログラムを用いる非線形回帰分析による有効期限データから算出した。処方された結晶の安定性は、処方されていない結晶に比較して、表7に示すように、増強された。例えば、HPCDを用いて処方された結晶は、55℃にて可溶性PAより418倍安定であった(表7)。HPCDを用いて処方された結晶は表7に示すように、賦形剤なしで作製された、処方されていないPA結晶よりも、55℃にて3.5倍安定であった。
【0264】
(水分含量):
水分含量を、VA−06 Vaporizer(Mitsubishi Chemical Corporation,Tokyo,Japan)を備えたMitsubishi CA−06 Moisture Meterを用いて製造業者の使用説明書に従ってKarl Fischer方法によって決定した。
【0265】
【表8】
(結晶性):
処方物の結晶の完全性を、実施例9に記載される通りに定量的顕微鏡観察によって測定した。結晶によって示される通り、結晶性は、プロセスの間中維持され(データは示さず)、これは容易に可視可能であった。
【0266】
(FTIRによる二次構造の特徴付け):
安定性を、乾燥され、そして処方されたPA結晶の二次構造含量を、実施例9に記載される通りにFTIRによって定量することによって評価した。可溶性PAを、比較の目的のために用いた。
【0267】
【表9】
(結論):
α−ヘリックス含量の減少は、可溶性ペニシリンアシラーゼについては1日後に76%であった。対照的に、HPCDを賦形剤として用い、そして処方物を実施例6の方法1によって乾燥した場合、55℃の温度で43日後にほんの31%のα−ヘリックス含量が失われただけであった。
【0268】
(実施例21:グルコースオキシダーゼ)
(グルコースオキシダーゼ結晶の調製)
本発明者らは、グルコースオキシダーゼの結晶を以下の通りに調製した。最初に、糖タンパク質を、アニオン交換クロマトグラフィーによって精製し、次いで結晶化パラメーターを最適化した(データは示さず)。
【0269】
これらの研究の結果として、本発明者らは、グルコースオキシダーゼの結晶化条件が、一般に、7%〜17%のPEG 4000またはPEG 6000、8%〜20%の2−プロパノールまたはエタノール、および3と6との間のpHに調整する緩衝液の範囲に入ることを見出した。しかし、この範囲内およびこの範囲付近の多くのセットの実験条件が、グルコースオキシダーゼおよび他の糖タンパク質の結晶化について満足な結果を生じ得ることを理解すべきである。当業者は、所望の大きさおよび品質の結晶を効率的に生じる正確な条件が、実験条件の差異(例えば、タンパク質および試薬の純度、攪拌速度、剪断力の効果、ならびに炭水化物含量)に起因して変化することを理解する。
【0270】
(グルコースオキシダーゼの大規模結晶化)
本発明者らは、グルコースオキシダーゼの予備的規模の結晶化に好ましい条件を決定した。予備的規模の結晶化は一般に、100ml〜900mlの糖タンパク質を含む。
【0271】
(A.種を用いない、一定pHでの結晶化)
グルコースオキシダーゼを、水中でダイアフィルトレーションし、そして5と15との間のA280まで濃縮した。グルコースオキシダーゼ濃縮物を、pH5.0にて0.2M酢酸Na中に18% PEG 6000、32% 2−プロパノールを含有する1容積の結晶化試薬と混合した(1:1)。混合後、この溶液を6℃まで冷却した。グルコースオキシダーゼ結晶化溶液を、プロペラスターラーを用いて100rpmにて24時間攪拌した。この時間の間に、この結晶が徐々に形成された。
【0272】
(実施例22:賦形剤としてトレハロースを使用するグルコースオキシダーゼの処方)
乾燥および貯蔵の間のグルコースオキシダーゼ(GOD)結晶の安定性を増強するために、この結晶を、賦形剤とともに処方した。この実施例において、GOD結晶を、乾燥の前に、母液の存在下でスラリー形態に処方した。トレハロース(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を、賦形剤として母液中のGOD結晶に添加した。十分なトレハロースを、母液(32% イソプロパノールおよび9% PEG 6000を含む100mM 酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.5))中の、タンパク質濃度が20mg/mlのGOD結晶に、終濃度が10%に達するまで添加した。得られた懸濁物を、3時間室温で転倒混和した。トレハロースでの処理後、実施例6の方法1に記載のように遠心分離によって、結晶と液体とを分離した。
【0273】
(実施例23:賦形剤としてラクチトール(lactitol)を使用するグルコースオキシダーゼ結晶の処方)
母液に対して終濃度10%になるまで(トレハロースの代わりに)ラクチトール(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を添加することによって、グルコースオキシダーゼ結晶を実施例22と同様に処方した。3時間の遠心分離後に、この結晶と母液/ラクチトール溶液とを分離した。
【0274】
(実施例24:賦形剤としてヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HPCD)を使用するグルコースオキシダーゼ結晶の処方)
母液に対して終濃度10%になるまで(トレハロースの代わりに)ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HPCD)(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を添加することによって、グルコースオキシダーゼ結晶をHPCD使用して、実施例22と同様に処方し、そして3時間インキュベートした。次いで、実施例6の方法1に記載のように、3時間の遠心分離後に、この結晶と母液/HPCD溶液とを分離した。
【0275】
(実施例25:賦形剤としてゼラチンを使用するグルコースオキシダーゼ結晶の処方)
母液に対して終濃度10%になるまで(トレハロースの代わりに)ゼラチン(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を添加することによって、グルコースオキシダーゼ結晶を実施例22と同様に処方した。3時間の遠心分離後に、この結晶と母液/ゼラチン溶液とを分離した。
【0276】
(実施例26:賦形剤としてメトキシポリエチレングリコールを使用するグルコースオキシダーゼ結晶の処方)
母液に対して終濃度10%になるまで、メトキシポリエチレングリコール(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を添加することによって、グルコースオキシダーゼ結晶を実施例22と同様に処方した。3時間の遠心分離後に、実施例6の方法1に記載のように、この結晶と母液/メトキシポリエチレングリコール溶液とを分離した。
【0277】
(実施例27:賦形剤としてスクロースを使用するグルコースオキシダーゼ結晶の処方)
母液に対して終濃度10%になるまでスクロース(Sigma Chemical Co.,St.Louis,MO)を添加することによって、グルコースオキシダーゼ結晶を実施例22と同様に処方した。3時間の遠心分離後に、この結晶と母液/スクロース溶液とを分離した。
【0278】
(実施例28:グルコースオキシダーゼ処方物の乾燥)
上記のグルコースオキシダーゼ結晶処方物を、実施例6に記載の方法に従って乾燥させた。方法4は、有機溶媒として冷イソプロパノール(4℃)を使用した。
【0279】
(実施例29:可溶性グルコースオキシダーゼの調製)
比較のために、可溶性グルコースオキシダーゼサンプルを、50mM クエン酸緩衝液(pH6.0)中、20mg/mlでグルコースオキシダーゼ結晶を溶解することによって調製した。
【0280】
図11は、50℃での可溶性グルコースオキシダーゼの安定性を経時的に示す。比活性は時間がたつにつれて急速に減少する。24時間後、比活性は、90%を超えて減少する。可溶性グルコースオキシダーゼのT1/2は、0.91時間と算出された。
【0281】
(実施例30:グルコースオキシダーゼ活性アッセイ)
以下のプロトコルを使用して、乾燥したグルコースオキシダーゼ結晶および結晶処方物の活性を決定した。
【0282】
化学薬品および溶液:
1.リン酸緩衝液(20mM、pH7.3)、NaCl(0.1M)溶液
2.21mM O−ジアニシジンジヒドロクロリドストック溶液。使用前に、作業溶液として0.21mMまで希釈
3.2M グルコース溶液
4.ペルオキシド溶液(2mg/ml)
5.50mM クエン酸緩衝液(pH6.0)。
【0283】
サンプル調製:
1.2mgのグルコースオキシダーゼを1mlの50mM クエン酸緩衝液(pH6.0)に添加し、そして約2分間、十分にボルテックスする。この溶液を、室温で1時間転倒混和して、再構成した
2.上記の酵素溶液0.1mlと4.9mlの同じクエン酸緩衝液とを混合することによって希釈酵素溶液を調製する。
【0284】
酵素活性測定のためのアッセイ手順:
1.UV−Vis分光光度計によってこのアッセイをモニターした。速度モードを使用し、そして460nmの波長および25℃の温度を設定する
2.25℃の水浴中でO−ジアニシジン/ホスフェート作業溶液を温め、そして使用の少なくとも20分前に酸素でこの溶液を泡立てる
3.酵素溶液を添加せずに試薬溶液を使用してブランクを測定する
4.2.4mlの酸素化したO−ジアニシジン/ホスフェート作業溶液、0.4mlの2M グルコース溶液、および0.1mlのペルオキシダーゼを、使い捨てキュベットにピペットで入れる
5.キュベット壁上に10mlの酵素サンプルを添加し(この工程でサンプルと試薬とが混合しないように、キュベットを傾ける)、そしてパラフィルム片で覆う。キュベットを2回反転させて素早く混合し、分光光度計のセル区画にキュベットを挿入し、そしてデータを収集し始める。
酵素比活性を以下の式を使用して算出する:
比活性=A*B*C/D*E*F
ここで、A=1分間あたりの460nmでの吸光度単位の変化
B=反応混合物容積(ml)
C=希釈倍率
D=11.3(定数)
E=使用した酵素の重量(mg)
F=サンプル容積(ml)。
【0285】
(実施例31:乾燥した結晶の活性)
グルコースオキシダーゼの乾燥した結晶処方物の活性を、実施例30に記載のように測定した。
【0286】
(貯蔵(shelf)安定性)
グルコースオキシダーゼ結晶処方物の貯蔵安定性の研究を行った。この場合、この処方物を、実施例6の方法4を用いて乾燥させ、そして2mlのスクリューキャップ付きエッペンドルフチューブ中で13日間、50℃の温度にて水浴中に貯蔵した。特定の時点での活性を、50mM クエン酸緩衝液(pH6.0)中に2mgの乾燥したサンプルを溶解して、次いで、実施例30に従って活性を測定することにより得た。
【0287】
50℃で貯蔵した種々のグルコースオキシダーゼ処方物の貯蔵安定性を決定した。このデータを図12に示す。ラクチトールは、上昇した温度において期間にわたり、グルコースオキシダーゼ比活性を保存するに最も有効な賦形剤であった。
【0288】
【表10】
T1/2を、Sigmaプロットプログラムを使用する非線形回帰分析により有効期限データから算出した。表10は、トレハロースが賦形剤として使用された場合、グルコースオキシダーゼ処方物が可溶性グルコースオキシダーゼより、95倍より安定であったことを示す。さらに、グルコースオキシダーゼ処方物は、賦形剤としてラクチトールが使用された場合、可溶性グルコースオキシダーゼより121倍より安定であった(表10)。HPCDまたはMOPEGを賦形剤として使用するグルコースオキシダーゼ結晶処方物は、可溶性グルコースオキシダーゼより、それぞれ、60倍および325倍より安定であった(表10)。最後に、ゼラチンまたはスクロースを賦形剤として使用するグルコースオキシダーゼ結晶処方物は、可溶性グルコースオキシダーゼより、それぞれ、99倍および82倍より安定であった(表10)。
【0289】
賦形剤としてトレハロース、ラクチトール、HPCD、MOPEG、ゼラチンまたはスクロースのいずれかを用いて作製されたグルコースオキシダーゼ結晶処方物は、表10に示されるように、T1/2により測定した場合、賦形剤を用いずに作製されたグルコースオキシダーゼ結晶より、50℃において2.5倍、3.2倍、1.6倍、8.6倍、2.6倍、または2.2倍、より安定であった。
【0290】
(水分含量)
水分含量を、VA−06 Vaporizer(Mitsubishi Chemical Corporation,Tokyo,Japan)を備えたMitsubishi CA−06 Moisture Meterを使用して、製造業者の説明書に従ってKarl Fischer法により決定した。
【0291】
【表11】
(結晶化度)
GOD処方物の結晶完全性を、実施例9に記載のように定量的顕微鏡観察によって測定した。この実施例において、結晶は容易に結晶化された。このことにより、結晶化度は、プロセスの間中維持されたことを示す。
【0292】
図13は、グルコースオキシダーゼ結晶がラクチトール処方物の調製直後に容易に視覚化されたことを示す。図14は、結晶化度が50℃で13日間の後に維持されたことを実証する。結晶材料もまた、図15に示すように、トレハロースでのグルコースオキシダーゼの処方後に容易に視覚化された。同様に、残った結晶材料も、図16に示されるように、50℃で13日間の後に容易に視覚化された。
【0293】
(FTIRによる二次構造の特徴)
実施例9に記載のように、乾燥したGOD結晶および処方したGOD結晶の二次構造量をFTIRにより定量することにより、安定性を評価した。比較のために、可溶性グルコースオキシダーゼサンプルを、50mM クエン酸緩衝液(pH6.0)中にグルコースオキシダーゼ結晶を溶解し、そしてARK ESPのセレン化亜鉛結晶上で約1mlを配置することにより調製し、次いで、これを、FTIRにより安定性について分析した。
【0294】
【表12】
(結論)
可溶性グルコースオキシダーゼは、50℃でわずか6時間以内で、そのα−ヘリックス含量の75%を損失した。
【0295】
糖ラクチトール、スクロース、およびトレハロースは、高温での貯蔵の際のα−ヘリックス含量の損失を防止するのに、最も有効な賦形剤であった。ラクチトール、スクロース、およびトレハロース中で処方され、そして方法4によって乾燥されたグルコースオキシダーゼ結晶は、50℃で4日後に、α−ヘリックス構造含量の18.1〜19.4%のみの損失を示した。
【0296】
(実施例32:Candida rugosaリパーゼ結晶の乾燥)
材料:
A−Candida rugosaリパーゼ(実施例1)
B−ポリ(エチレングリコール)、100%、PEG200、300、400、または600
C−アセトン
手順:
結晶懸濁液(140mg)の4mlアリコートを、4つの15ml管に添加する。次に、この懸濁液を、1000RPM〜3000RPMの間で、1〜5分間の間、または結晶化緩衝液が除去されるまで遠心分離する。次いで、4mlの液体ポリマー(200と600との間のいかなるPEGも適切である)を各管に添加し、そしてこの内容物を均一になるまで混合する。この懸濁液を1000RPM〜3000RPMの間で、1〜5分間の間、または液体ポリマーが除去されるまで、遠心分離する。次に、4mlのアセトン(イソプロパノール、ブタノール、および他の溶媒もまた適切である)を各管に入れ、そして十分に混合する。結晶/有機溶媒懸濁液を、0.8cm×4cm BIO−RADポリ分取クロマトグラフィーカラム(スピンカラム)に移す。カラムを、有機溶媒を除去するために、1000RPMで、1〜5分間の間、遠心分離する。最後に、窒素ガスをカラムに通し、自由流動粉末が生じるまで、結晶を乾燥させる。
【0297】
(実施例33:Purafect(プロテアーゼ)4000L結晶化)
材料:
A−粗製purafect 4000L
B−15% NaSO4溶液
手順:
1容量の粗製purafect酵素溶液を、2容量の15%Na2SO4溶液と混合する。混合物を、室温で24時間、または結晶化が完了するまで、攪拌する。結晶を15% Na2SO4溶液で洗浄し、可溶性酵素を除去する。結晶を新鮮な15% Na2SO4溶液中に懸濁し、27mg/mlのタンパク質濃度を得る。
【0298】
(実施例34:Purafect結晶の乾燥)
材料:
A−purafect結晶懸濁液
B−ポリ(エチレングリコール)、100% PEG
200、300、400、または600
C−有機溶媒
手順:
結晶懸濁液(140mg)の4mlアリコートを、4つの15ml管に添加する。次に、この懸濁液を、1000RPM〜3000RPMの間で、1〜5分間の間、または結晶化緩衝液が除去されるまで、遠心分離する。次いで、4mlの液体ポリマー(200と600との間のいかなるPEGも適切である)を各管に添加し、そしてこの内容物を均一になるまで混合する。この懸濁液を1000RPM〜3000RPMの間で、1〜5分間の間、または液体ポリマーが除去されるまで、遠心分離する。次に、4mlのアセトン(イソプロパノール、ブタノール、および他の溶媒もまた適切である)を各管に入れ、そして十分に混合する。結晶/有機溶媒懸濁液を、0.8cm×4cm BIO−RADポリ分取クロマトグラフィーカラム(スピンカラム)に移す。カラムを、有機溶媒を除去するために、1000RPMで1〜5分間、遠心分離する。最後に、窒素ガスをカラムに通し、自由流動粉末が生じるまで、結晶を乾燥させる。
【0299】
(実施例35:結晶化のためのDNAの生成)
pUCプラスミド由来のプラスミド(例えば、pSP64)は、結晶化用のDNAまたはmRNAのいずれかを産生するために使用され得る。本実施例において、プラスミドpSP64(Promega Biological Research Productsから入手可能)を用いて結晶化用のDNAを生成させる。目的のタンパク質をコードするcDNAを、マルチプルクローニング部位で利用可能な多数の制限部位のいずれかに挿入する。次いで、組換えプラスミドを、E.coli細菌を形質転換するために使用する。次に、大量のプラスミドを、アンピシリン含有培地中の細菌の増殖により得る。組換えプラスミドを生産し、E.coli細胞を形質転換し、そして細菌増殖およびプラスミドDNA調製のための技術は「Molecular Cloning、第2版」(1989)Sambrook、J.、Fritsch、E.F.およびT.Maniatisにおいて詳細に記載される。
【0300】
続いて、プラスミドDNAを、細胞をまず溶解し、次いでゲノムDNA、RNA、および他の細胞材料からプラスミドDNAをCsCl勾配を用いて分離することにより、細菌培養物から精製する。これらの技術は、当該分野で周知であり、Sambrookらで詳細に議論されている。勾配精製DNAを、Tris−EDTA緩衝液飽和N−ブタノールで抽出し、そして最後にエタノールで抽出する。次に、プラスミドDNAを、RNA結晶化のためにmRNAの生成(実施例36)、またはDNA結晶化のために目的の遺伝子の切り出し(実施例37)に使用される、プラスミドのいずれかの線状化に供する。
【0301】
(実施例36:結晶化のためのmRNAの生成)
SP6 RNAポリメラーゼと組み合わせたSP64プラスミド(Promega Biological Research Productsから入手可能)を、5’キャップ化RNA転写物のミリグラム量の生成のために使用する。実施例35で調製したプラスミドを、遺伝子の切り出しの前に、ポリAテールの下流の制限酵素で線状化する。この線状化したプラスミドを、2回のフェノール/クロロホルム抽出および2回のクロロホルム抽出によって精製する。次に、DNAを、NaOAc(0.3M)および2容量のEtOHで沈殿させる。次に、ペレットを、DEPC処理した蒸留した脱イオン水中におよそ1mg/mlで再懸濁する。
【0302】
転写を、400mM Tris HCl(pH8.0)、80mM MgCl2、50mM DTT、および40mMスペルミジンで構成される緩衝液中で実施する。続く試薬を、室温で1容量のDEPC処理水に対して以下の順に添加する:1容量のSP6 RNAポリメラーゼ転写緩衝液;rATP、rCTP、およびrUTP(1mM濃度まで);rGTP(0.5mM濃度まで);7meC(5’)ppp(5’)Gキャップアナログ(New England Biolabs、Beverly、Mass.、01951)(0.5mM濃度まで);上記で調製した線状化DNAテンプレート(0.5mg/ml濃度まで);RNA(Promega、Madison、Wis.)(2000U/ml濃度まで);およびSP6 RNAポリメラーゼ(Promega、Madison、Wis.)(3000U/ml濃度まで)。転写混合物を、37℃で1時間インキュベートする。
【0303】
次いで、DNAテンプレートを、使用した1μgのDNAテンプレート当たり2UのRQ1 DNAse(Promega)を添加することにより消化する。消化反応を、15分間実施する。転写RNAを、クロロホルム/フェノールで2回、およびクロロホルムで2回抽出する。上清溶液を、2容量のEtOH中0.3M NaOAcで沈殿させ、そしてこのペレットを、500ml転写産物当たり100ml DEPC処理脱イオン水で再懸濁する。最後に、上清溶液を、RNAse非含有Sephadex G50カラム(Boehringer Mannheim # 100 411)に通す。得られるmRNAは、結晶化に用いられるのに十分に純粋である。
【0304】
(実施例37:DNA結晶化)
材料:
A−精製プラスミドDNA(実施例35)
B−スペルミン
C−MPD(2−メチル−2,4−ペンタンジオール)
D−5mM酢酸カルシウム緩衝液(pH7.0)
E−脱イオン水
手順:
増幅されたDNA(実施例35)を、制限消化によってプラスミドから除去する。挿入された遺伝子を、適切な分子量のゲルバンドからの目的遺伝子のアガロースゲル電気泳動および抽出によって、プラスミドビヒクルから精製する。
【0305】
ハンギングドロップ(hanging drop)技術を使用して、5mM酢酸ナトリウム/20% MPD/1mMスペリミン緩衝液(pH7.0)中5mg/mlのDNAを、90%のDNAが結晶化されるまで、室温でインキュベートする。得られる結晶を、結晶化緩衝液で洗浄し、全ての可溶性材料を結晶から除去する。次いで、5mg/mlのDNA濃度を達成するまで、結晶を新鮮な結晶化緩衝液中に再懸濁する。
【0306】
(実施例38:RNA結晶化)
材料:
A−精製mRNA(実施例36)
B−スペルミン
C−MPD(2−メチル−2,4−ペンタンジオール)
D−5mM酢酸カルシウム緩衝液(pH7.0)
E−脱イオン水
手順:
ハンギングドロップ技術を使用して、5mM酢酸カルシウム/20% MPD/1mMスペリミン緩衝液(pH7.0)中5mg/mlのRNA(実施例36)を、90%のRNAが結晶化されるまで、室温でインキュベートする。得られる結晶を、結晶化緩衝液で洗浄し、全ての可溶性材料を結晶から除去する。次いで、5mg/mlのRNA濃度を達成するまで、結晶を新鮮な結晶化緩衝液中に再懸濁する。
【0307】
(実施例39:DNA結晶を用いるHIV gp120に対する免疫応答の誘発)
HIV gp160をコードするDNAを、実施例36および37の方法に従って調製する。次いで、HIV gp160の結晶を、マウスの免疫化のために使用する。広範な中和免疫を誘発するワクチンを設計するために、HIVの初代分離株および実験分離株の両方の多くの遺伝的クローンは、Aids Research and Reagent Program、National Institutes of Allergy and Infectious Diseases、Rockville MD 20852から入手可能である。
【0308】
DNA結晶を、結晶化緩衝液中で維持し、そして200μl/マウスを後脚に注射する。gp120に対する免疫応答の発達を、1ヶ月の基準でELISAにおいて対応するV3ループペプチドに対する血清抗体を測定することにより決定する。
【0309】
(実施例40:mRNA結晶を用いるHIV gp120に対する免疫応答の誘発)
HIV gp160をコードするRNAを、実施例35、36および38の方法に従って調製する。次いで、HIV gp160 mRNAの結晶を、マウスの免疫化のために使用する。広範な中和免疫を誘発するワクチンを設計するために、HIVの種々の初代分離株および実験分離株は、Aids Research and Reagent Program、National Institutes of Allergy and Infectious Diseases、Rockville MD 20852から入手可能である。
【0310】
RNA結晶を、結晶化緩衝液中で維持し、そして200μl/マウスを後脚に注射する。gp120に対する免疫応答の発達を、1ヶ月の基準でELISAにおいて対応するV3ループペプチドに対する血清抗体を測定することにより決定する。
【0311】
(実施例41 オリゴDNA結晶化)
材料:
A−合成オリゴDNA
B−スペルミン
C−MPD(2−メチル−2,4−ペンタンジオール)
D−5mM 酢酸Ca緩衝液 pH7.0
E−脱イオン水
手順:
ハンギングドロップ(hanging drop)技術を用いて、5mM酢酸Mg/30% MPD/1mMスペルミン緩衝液(pH7.0)中5mg/mlの合成オリゴDNAを、このDNAの90%が結晶化するまで室温にてインキュベートする。得られた結晶を結晶化緩衝液で洗浄し、この結晶からすべての可溶性物質を除去する。次いで、この結晶を、新しい結晶化緩衝液中に再懸濁し、5mg/mlのDNA濃度を達成する。
【0312】
(実施例42 遺伝子発現の阻害のためのアンチセンスDNA投与)
抑制されるべきmRNA種のセンス鎖に相補的であるDNA配列をコードするオリゴDNA結晶を、実施例41に記載するように生成する。次に、この結晶またはこの結晶を含む処方物を、遺伝子発現の阻害が意図される部位に投与する。引き続いて、細胞が、このDNA結晶または溶解されたDNAを取り込み、そしてこのオリゴDNAおよび宿主mRNAが、相補的な塩基対を形成し、そして遺伝子発現が一定の時間阻害される。
【0313】
(カプセル化されたタンパク質結晶)
(実施例43 Pseudomonas cepaciaリパーゼの大規模結晶化)
15kgの粗製Pseudomonas cepaciaリパーゼ(PS30リパーゼ−Amano)(「LPS」)のスラリーを、100Lの蒸留した脱イオン水中に溶解し、そしてさらなる蒸留した脱イオン水を用いて容量を200Lにした。この懸濁液を、Air Drive Lightningミキサー中で室温にて2時間混合し、次いで0.5μmフィルターを通して濾過し、セリット(celite)を除去した。次いで、この混合物を、3K中空ファイバーフィルター膜カートリッジを使用して限外濾過し、そして10L(121.4g)に濃縮した。固体の酢酸カルシウムを、20mM Ca(CH3COO)2の濃度にまで添加した。必要に応じて、pHを、濃酢酸を用いて5.5に調整した。この混合物を加熱し、そして30℃の温度に維持した。硫酸マグネシウムを、0.2Mの濃度にまで添加し、続いてグルコポン(glucopon)を1%の濃度にまで添加した。次いで、イソプロパノールを23%の最終濃度にまで添加した。得られた溶液を、30℃にて30分間混合し、次いで30℃から12℃にまで2時間にわたって冷却した。次いで、結晶化を16時間進行させた。
【0314】
この結晶を沈殿させ、そして可溶性タンパク質を、末端に10mlのピペットを有するタイゴン管を備えた蠕動ポンプを用いて除去した。新しい結晶化溶液(23%イソプロピルアルコール、0.2M MgSO4、1%グルコポン、20mM Ca(CH3COO)2、pH5.5)を添加し、タンパク質の濃度を30mg/mlにした(1mg/ml溶液のO.D.280=1.0、分光光度計を波長280で用いて測定した場合)。結晶の収量は、約120グラムであった。
【0315】
(架橋されたLPS結晶)
架橋されたPseudomonas cepaciaリパーゼ結晶(ChiroCLEC−PCTMという名称で販売されており、Altus Biologics,Inc.(Cambridge,Massachusetts)から入手可能である)を用いて、実施例48によって処方物を生成した。あるいは、上記のように調製したリパーゼ結晶は、任意の従来方法を用いて架橋され得る。
【0316】
(実施例44 グルコースオキシダーゼ結晶の架橋)
次いで、本発明者らは、実施例21において調製されたグルコースオキシダーゼ結晶を下記のように架橋した。この架橋手順は、グルタルアルデヒド、またはTris緩衝液(2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール)、リジン、もしくはジアミノオクタンのいずれかを用いて前処理されたグルタルアルデヒドを含んだ。
【0317】
この架橋を、60mgのタンパク質を用いて行った。Tris前処理グルタルアルデヒド(48mg Tris塩/1gグルタルアルデヒド)を、0.2Mリン酸ナトリウム、pH7.0中に懸濁した1gのGO結晶あたり0.2gおよび0.6gの濃度にまで添加した。反応を、室温にて2時間進行させた。2時間後、この結晶をガラスファイバー紙を通して濾過および洗浄した。
【0318】
この架橋した結晶を、実施例48に記載のようにカプセル化した。様々に架橋された結晶の間で、カプセル化プロセスにおいて差異はなかった。代表的なサンプルを、図21に示す。
【0319】
(実施例45 架橋されたCandida rugosaリパーゼ結晶)
架橋したCandida rugosaリパーゼ結晶(ChiroCLEC−CRTMという名称で販売されており、Altus Biologics,Inc.(Cambridge,Massachusetts)から入手可能である)を用いて、実施例48によって処方物を生成した。あるいは、上記で調製したリパーゼ結晶は、任意の従来方法を用いて架橋され得る。
【0320】
(実施例46 ヒト血清アルブミン結晶の架橋)
実施例10において調製されたヒト血清アルブミン結晶に対して架橋を行った。この架橋反応を、50%の飽和硫酸アンモニウムを含む母液中の攪拌された結晶溶液中で、4℃にて行った。ホウ酸塩で前処理したグルタルアルデヒドでの架橋の前には、この結晶を洗浄しなかった。
【0321】
前処理したグルタルアルデヒドを、1容量の50%グルタルアルデヒド(「GA」)を、等量の300mMホウ酸ナトリウム(pH9)に添加することによって調製した。次いで、このグルタルアルデヒド溶液を、60℃にて1時間インキュベートした。この溶液を、室温まで冷却し、そして濃HClを用いてpHを5.5に調整した。次に、この溶液を、氷上で迅速に4℃にまで冷却した。
【0322】
前処理したグルタルアルデヒド(25%)を、段階様式で、15分間隔で0.05%の増分(総濃度)を用いて、2%の濃度にまで結晶化溶液に添加した。使用された結晶化溶液のアリコートは、1ml〜500mlの容量の範囲に及んだ。次いで、この結晶を、5%GAにし、そして4℃にて4時間インキュベートして架橋させた。最終的に、アルブミン架橋した結晶を、低速の遠心分離によって回収し、そしてpH7.5、100mM Tris HClを用いて繰り返し洗浄した。この架橋された結晶が、凝集することなく高速で遠心分離され得るときに、洗浄を停止した。
【0323】
(実施例47 ペニシリンアシラーゼの架橋)
前処理したグルタルアルデヒドを、実施例46の方法によって調製した。
【0324】
前処理したグルタルアルデヒド(25%)を、段階様式で、15分間隔で0.05%の増分(総濃度)を用いて、1.5%の濃度にまで結晶化溶液に添加した。使用された結晶化溶液のアリコートは、1ml〜500mlの容量の範囲に及んだ。最終的に、架橋した結晶を、低速の遠心分離によって回収し、そしてpH7.5、100mM Tris HClを用いて繰り返し洗浄した。この架橋された結晶が、凝集することなく高速で遠心分離され得るときに、洗浄を停止した。
【0325】
(実施例48 ポリ乳酸−コ−グリコール酸(PLGA)中のタンパク質結晶のマイクロカプセル化)
A.糖タンパク質、タンパク質、酵素、ホルモン、抗体およびペプチド
Candida rugosaおよびPseudomonas cepacia由来のリパーゼ、Aspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼ、ならびにEscherichia coli由来のペニシリンアシラーゼの非架橋結晶を用いて、マイクロカプセル化を行った。さらに、Candida rugosa由来のリパーゼ、Aspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼ、およびEscherichia coli由来のペニシリンアシラーゼの架橋された酵素結晶を用いて、マイクロカプセル化を行った。表13は、この実施例によって生成されたマイクロスフェアのサンプルのおよその平均直径を示す。さらに、生成されたヒト血清アルブミンまたは任意の他のタンパク質結晶またはタンパク質結晶処方物は、この技術によってカプセル化され得る。
【0326】
【表13】
B.乾燥結晶の調製:
実施例6によって乾燥された結晶または結晶処方物を、各々用いて、本発明のマイクロスフェアを生成し得る。本発明における使用のためのタンパク質結晶を乾燥させるための1つのプロセスは、空気乾燥を含む。
【0327】
実施例1からのCandida rugosaリパーゼ結晶(非架橋および架橋)、実施例21および44からのグルコースオキシダーゼ(非架橋および架橋)、ならびに実施例14および47からのペニシリンアシラーゼ(非架橋および架橋)の各々約500mgを、空気乾燥させた。最初に、母液を、3000rpmでの5分間の遠心分離によって除去した。次に、結晶を、25℃にて2日間、換気フード中に置いた。
【0328】
(C.ポリマーおよび溶媒)
タンパク質結晶をカプセル化するのに使用したポリマーは、PLGAであった。PLGAは、50/50ポリ(DL−ラクチド−co−グリコリド)として、Birmingham Polymers,Inc.からロット番号D97188から購入した。このロットは、HFIP中30℃で、0.44dl/gの固有の粘度を有していた。
【0329】
塩化メチレンは、分光学的グレードであり、そしてAldrich Chemical Co.Milwaukee,WIから購入した。ポリビニルアルコールを、Aldrich Chemical Co.Milwaukee,WIから購入した。
【0330】
(D.PLGAにおける結晶のカプセル化)
結晶を、二重エマルジョン法を使用してPLGA中にカプセル化した。一般的なプロセスは、以下の通りであった。乾燥タンパク質結晶またはタンパク質結晶のスラリーのいずれかを、まず、塩化メチレン中のポリマー溶液に添加した。その結晶をポリマーでコートし、そして新生マイクロスフェアとなった。次いで、有機溶媒溶液中のそのポリマーを、界面活性剤を含有するより大きな容量の水溶液へと移した。結果として、その有機溶媒は、蒸発し始め、そしてそのポリマーは硬化した。この実施例では、漸減濃度の乳化剤の2つの連続的な水溶液を、そのポリマーコートを硬化するために使用し、マイクロスフェアを形成した。以下の手順は、この一般的なプロセスの1つの例示であった。ポリマーサイエンスの当業者は、その手順の多くの改変が利用され得ること、および以下の実施例は本発明を限定することを意図されたものではないことを理解する。
【0331】
(1.0 乾燥タンパク質結晶の使用)
実施例1に従って製造された架橋された、および架橋されていないCandida rugosaリパーゼの乾燥結晶、実施例21および45に従って製造された架橋された、および架橋されていないグルコースオキシダーゼ、実施例14および47に従って製造された架橋された、および架橋されていないペニシリンアシラーゼを、150mgサンプルへと計量した。次いで、計量したタンパク質結晶を、2mlの塩化メチレンおよび0.6gPLGA/1ml溶媒のPLGAを含有する15mlのポリプロピレン遠心分離チューブ(Fisher Scientific)に直接添加した。その結晶を、溶媒の表面へ直接添加した。次いで、そのチューブを、2分間室温でボルテックスすることによって十分に混合し、PLGAを含む溶媒中でタンパク質結晶を完全に分散させた。その結晶を、ポリマーで完全にコートした。新生マイクロスフェアを懸濁された状態に維持するために、さらにボルテックスまたは攪拌をして、さらなるコーティングを許容し得る。そのポリマーは、3.0節に記載されるように硬化され得る。
【0332】
(2.0 タンパク質結晶スラリーの使用)
Pseudomonas cepaciaリパーゼの結晶スラリーを、200μlの母液当たり約50mgの結晶を使用して作製した。結晶スラリーを、塩化メチレンおよび0.6gのPLGA/1ml溶媒のポリ(乳酸−co−グリコール酸)の2mlの溶液とともに、15mlポリプロピレン遠心分離チューブ(Fisher Scientific)へ迅速に注入した。そのニードルを溶媒の表面下に挿入し、そして溶液中に注入した。この場合、150mgの総タンパク質、または600μlの水溶液を注入した。プラスチックシリンジLeur−lok(Becton−Dickinson&Company)を使用して、22ゲージ(Becton−Dockinson&Company)のステンレススチールニードルを介して注入した。次いで、タンパク質結晶PLGAスラリーを、2分間室温でボルテックスすることによって完全に混合した。その結晶をポリマーで完全にコートした。新生マイクロスフェアを懸濁した状態で維持し、さらにコーティングするために、必要に応じて、さらにボルテックスまたは攪拌した。
【0333】
(3.0 ポリマーコーティングの硬化)
液体ポリマーコートから塩化メチレンを除去することを容易にし、そしてそのポリマーをタンパク質結晶上で硬化させるために、2工程プロセスを利用した。工程間の差異は、乳化剤の濃度が第1の溶液においてずっと高く、そして第1の溶液の容量が、第2の溶液よりもずっと小さいことである。
【0334】
第1の工程において、ポリマーでコートされた結晶および塩化メチレン懸濁液を、室温で、0.5%塩化メチレンを含む水中180mlの6%ポリビニルアルコール(本明細書中以下で「PVA」)の攪拌したフラスコに滴下して加えた。この溶液を、1分間迅速に混合した。
【0335】
工程2において、新生マイクロスフェアを含有する第1のPVA溶液を、2.4リットルの冷(4℃)蒸留水中に迅速に注いだ。この最終浴を、4℃で1時間、溶液の表面を窒素下でおいて、穏やかに混合した。1時間後、マイクロスフェアを、0.22μmのフィルターを使用して濾過し、そして凝集を減少させるために0.1%Tween20を含有する3リットルの蒸留水で洗浄した。
【0336】
(実施例49)
(カプセル化した結晶の作製)
Pseudomonas cepaciaリパーゼのカプセル化マイクロスフェアを、相分離技術によって調製する。実施例43において調製された結晶LPSを、二重エマルジョン法を使用して、ポリ乳酸−co−グリコール酸(「PLGA」)中にカプセル化する。タンパク質結晶の700mgのアリコートを、PLGAを含有する塩化メチレン(0.6g PLGA/1ml溶媒;10ml)中に注入する。その混合物を、マイクロファインチップを供えたホモジナイザーを使用して、30秒間、3,000rpmでホモジナイスする。得られる懸濁液を、6%ポリ(ビニルアルコール)(「PVA」)および塩化メチレン(4.5ml)を含有する攪拌しているタンク(900ml)に移す。その溶液を、1,000rpmで1分間混合する。PVA溶液中のマイクロスフェアを、蒸留水中に浸漬させることによって沈殿させ、洗浄し、そして濾過する。次いで、そのマイクロスフェアを、凝集を減少させるために0.1%のTweenを含有する蒸留水で洗浄し、そして2日間、4℃で窒素で乾燥させる。
【0337】
(実施例50)
(A.マイクロスフェアのタンパク質濃度)
実施例48で調製したマイクロスフェアの総タンパク質含量を測定した。25mgのPLGA/PVAマイクロスフェアの3連のサンプルを、1Nの水酸化ナトリウム中で48時間混合させながらインキュベートした。次いで、タンパク質含量を、Bradford法(M.M.Bradford,Analytical Biochemistry、vol.72、248〜254頁(1976))およびBioRad Laboratories(Hercules,CA)からの市販のキットを使用して見積もった。タンパク質を含有するマイクロスフェアを、結晶を含まないPLGAマイクロスフェアと比較した。これを表14に示す。
【0338】
【表14】
表14から選択されたサンプルのミリグラム当たりの活性または比活性を決定した。これを表15に示す。
【0339】
【表15】
(実施例51)
(マイクロスフェアからのタンパク質の放出)
実施例48で調製されたPLGAマイクロスフェアからのタンパク質の放出を、0.22μmのフィルターを含有する微少遠心分離濾過チューブ中に50mgのタンパク質カプセル化PLGAマイクロスフェアを配置することによって測定した。次に、600μlの放出緩衝液(0.2%Tween20を含むリン酸緩衝化生理食塩水、pH7.4)を、フィルターの保持側のマイクロスフェアに添加した。そのチューブを37℃でインキュベートし、溶解させる。経時的に放出させたタンパク質の量を測定するために、サンプルを異なる時間間隔で採取した。そのチューブを3000rpmで1分間遠心分離し、そしてその濾過物をタンパク質活性および総タンパク質測定について取り出した。次いで、マイクロスフェアをさらなる600μlの放出緩衝液で再懸濁した。
【0340】
(A.マイクロスフェアから放出された総タンパク質)
表16は、ほぼ90%のインプットしたタンパク質が全ての場合において回収されたことを示す。さらに、マイクロカプセル化したタンパク質結晶から放出された総Pseudomonas cepaciaリパーゼのパーセントは、約5.7日間、またはインプットしたタンパク質の80%を超えるものが、15.8%/日の速度で放出されるまで、比較的定常であった。この長い迅速放出の後は、1日当たりわずか0.6%の放出のみが8日間続いた
対照的に、表16は、Candida rugosaリパーゼ結晶が、まず最初ゆっくりとした放出を示し、続いて迅速な放出相が続いた反対のプロフィールを示したことをさらに示す。最初の3日間において、約10%のタンパク質が2.4%/日の緩やかな勾配を伴って放出された。4日から14日まで、さらにタンパク質の80%が、直線的に、7.5%/日の勾配で、放出された。表16に示した放出したプロフィールは、37℃、pH7.4で得られた。
【0341】
これらのデータは、本発明のカプセル化したタンパク質が治療用タンパク質の生物学的送達に適していることを示す。送達の種々の速度は、タンパク質結晶、結晶の選択、結晶の架橋、カプセル化するポリマーの疎水性および親水性の特徴、カプセル化の数、マイクロスフェアの用量、および他の簡単に制御可能な変数の選択を操作することによって選択され得る。
【0342】
【表16】
(B.マイクロスフェアから放出されたタンパク質の活性)
経時的に放出されたタンパク質の生物学的活性を、リパーゼマイクロスフェアについてのオリーブ油アッセイを用いて測定した。これらの結果を表17に示す。
【0343】
表17に示すように、放出されたタンパク質の生物学的活性は、マイクロスフェアが、活性タンパク質を保護および放出することを実証する。タンパク質の投入量に基づいて計算した放出された活性の累積率は、放出されたタンパク質の総量と密接な相関関係にあった(表16と表17とを比較のこと)。二つの異なる結晶リパーゼは、本質的に100%活性なタンパク質を放出した。37℃での液浸の7日後でさえ、マイクロスフェアから放出されたタンパク質は、完全に活性であった。
【0344】
【表17】
上記に示す活性測定を、実施例8に記載したオリーブオイルアッセイを用いて行った。
【0345】
(実施例52)
(PLGAマイクロスフェアの顕微鏡検査)
結晶が、カプセル化後にインタクトであったか否かを可視化するために、実施例48に従って調製したPLGAマイクロスフェアを、DXC−970MD 3CCDカラービデオカメラ、カメラアダプター(CMA D2)、Image ProPlusソフトウェアを備えたOlympus BX60マイクロスコープの下で検査した。乾燥マイクロスフェアのサンプルを、ガラスカバーガラスで覆い、マウントし、そしてOlympus UPLAN E1対物レンズ10×0.30 PH1(位相差)を備えるOlympus顕微鏡を用いて10×の拡大率の下で検査して、結晶を容易に可視化し、そして結晶サイズを決定した。マイクロスフェアサイズおよび結晶サイズを、OlympusからのImage Proソフトウェアおよび製造業者によって提供される0.5〜150μmサイジングビーズを用いて決定した。PLGAマイクロスフェアの外側のサイズを決定し、結晶についても同様に決定した。
【0346】
図17は、実施例48の方法によってカプセル化されたCandida rugosa由来のリパーゼの架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約25μmであり、そしてマイクロスフェアは、約90μmであった。拡大率は、250×であった。
【0347】
図18は、実施例48の方法によってカプセル化されたCandida rugosa由来のリパーゼの非架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約25μmであり、そしてマイクロスフェアは、約120μmであった。拡大率は、250×であった。
【0348】
図19は、実施例48の方法によってカプセル化されたEscherichia coli由来のペニシリンアシラーゼの架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約25μmであり、そしてマイクロスフェアは、約70μmであった。拡大率は、250×であった。
【0349】
図20は、実施例48の方法によってカプセル化されたEscherichia coli由来のペニシリンアシラーゼの非架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約50μmであり、そしてマイクロスフェアは、約90μmであった。拡大率は、250×であった。
【0350】
図21は、実施例48の方法によってカプセル化されたAspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼの架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、0.5〜1μmの範囲であり、そしてマイクロスフェアは、約50μmであった。拡大率は、500×であった。
【0351】
図22は、実施例48の方法によってカプセル化されたAspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼの非架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、0.5〜1μmの範囲であり、そしてマイクロスフェアは、約50μmであった。拡大率は、500×であった。
【0352】
図23は、実施例48の方法によって母液中にスラリーとしてカプセル化されたPseudomonas cepacia由来のリパーゼの非架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約2.5μmであり、そしてマイクロスフェアは、約60μmであった。拡大率は、500×であった。
【0353】
図24は、Pseudomonas cepacia由来のリパーゼの非架橋酵素結晶を示す。結晶サイズは、約2.5μmであった。拡大率は、1000×であった。
【0354】
(実施例53)
(タンパク質放出)
PLGAマイクロスフェアからのタンパク質の放出を、0.22μmフィルターを含むマイクロ遠心濾過チューブ中に50mgのPLGAマイクロスフェアを置くことによって測定する。放出緩衝液(10mM HEPES、pH7.4、100mM NaCl、0.02% Tween、0.02%アジド)の600μlのアリコートを、フィルターの保持側面(retentate side)上のマイクロスフェアへ添加して懸濁する。チューブを、3ccバイアル栓で密閉し、パラフィルムを覆う。次いで、マイクロスフェアを、37℃でインキュベートする。サンプルを、チューブの遠心分離(13,000rpm、1分)によって経時的に得る。濾液を取り出し、そしてマイクロスフェアを、600μlの放出緩衝液を用いて再懸濁する。放出されたタンパク質の品質を、SEC−HPLCおよび酵素活性によってアッセイする。
【0355】
タンパク質結晶の形およびサイズを、本発明のタンパク質結晶処方物の溶解の割合か、または他の特性を調整するために選択し得る。
【0356】
(実施例54)
(生物学的ポリマーを用いるリパーゼ結晶のカプセル化)
生物学的ポリマーはまた、タンパク質結晶のカプセル化に有用である。本実施例は、Candida rugosaリパーゼ結晶の架橋結晶および非架橋結晶のカプセル化を実証する。非架橋結晶および架橋結晶を、実施例1および実施例45に記載のように調製した。抗体および化学薬品を、Sigmaから購入した。
【0357】
(1.0 被覆結晶の調製)
10mg/mlにて1.5mlのウシ血清アルブミン(「BSA」)の溶液を、pH7に調整した5mMリン酸緩衝液中で調製した。次いで、15mlのCandida rugosaリパーゼ結晶の10mg/ml懸濁液を、5mM K/Naリン酸緩衝液、1M NaCl、pH7(「緩衝液」)中で調製した。BSA溶液を結晶溶液へ添加し、そして二つの溶液を、十分に混合した。結晶を、オービタルシェーカー(orbital shaker)を使用してBSA中で30分間ゆっくりと混合しながらインキュベートした。BSAとのインキュベーションに続いて、結晶を、真空ろ過によって一晩乾燥した。乾燥させた結晶をアルブミンを有さない緩衝液中に再懸濁した。結晶を、280nmの吸光度で測定した洗浄液中にタンパク質を検出出来なくなるまでか、またはA280nmが0.01未満になるまで、緩衝液を用いて洗浄した。この結晶を、低速遠心分離によって回収した。
【0358】
(2.0 アルブミン被膜の検出)
被覆結晶を、ウェスタンブロットによって評価して、アルブミン層の存在を確認した。洗浄に続いて、被覆タンパク質結晶を、100mM NaOH中で一晩インキュベートして、マイクロスフェアを成分タンパク質へと溶解した。サンプルを、中和し、ろ過し、そしてSambrookら、「Molecular Cloning: A Laboratory Manual」,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,New York(1989)に従ってSDS−PAGEイムノブロットによって分析した。
【0359】
Candida ragosaリパーゼのアルブミン被覆架橋結晶マイクロスフェアおよびアルブミン被覆非架橋結晶マイクロスフェアの両方のSDS−PAGEイムノブロットの結果は、アルブミンと同じ分子量を有する単一の免疫反応種を示した。
【0360】
Candida ragosaリパーゼのアルブミン被覆架橋結晶マイクロスフェアおよびアルブミン被覆非架橋結晶マイクロスフェアのサンプルを、ウシ血清アルブミンを特異的に認識しかつ結合する蛍光標識抗BSA抗体と共にインキュベートした。次いで、過剰な抗体を、リン酸緩衝液を用いて洗浄することで取り除いた。蛍光顕微鏡下での、これらの蛍光性標識アルブミン被覆結晶マイクロスフェアの顕微鏡検査は、マイクロスフェアの特異的蛍光標識を示した。非被覆リパーゼ結晶をコントロールとして用い、そしてこれらは抗体の特異的結合を示さなかった。
【0361】
本発明者らは、上に本発明の多くの実施態様を記載したが、本発明者らの基礎的な構築物を変化させて、本発明のプロセスおよび組成物を利用する他の実施態様を提供し得ることは明白である。従って、本発明の範囲は、例示の目的で上に示した特定の実施態様によってよりはむしろ、ここに添付される特許請求の範囲によって定義されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、Candida rugosaリパーゼの以下の分子状態の相対的な安定性を示す:架橋アモルファス、液体、20%有機溶媒における結晶、20%有機溶媒における架橋結晶、有機溶媒を伴わない架橋結晶(「Xlinke ppt」は、架橋沈殿物を示す)。
【図2】 図2は、40℃での可溶性リパーゼの比活性を経時的に示す。
【図3】 図3は、40℃および湿度75%で方法1によって乾燥させたリパーゼ結晶処方物の貯蔵安定性を示す。
【図4】 図4は、40℃および湿度75%で方法4によって乾燥させたリパーゼ結晶処方物の貯蔵安定性を示す。
【図5】 図5は、初期時間0においてポリエチレンオキシドを用いて処方したリパーゼ結晶を示す。
【図6】 図6は、40℃および湿度75%で、129日間インキュベーションした後に、ポリエチレンオキシドを用いて処方したリパーゼ結晶を示す。
【図7】 図7は、初期時間0においてゼラチンを用いて処方したヒト血清アルブミン結晶を示す。
【図8】 図8は、50℃にて4日間インキュベーションした後にゼラチンを用いて処方したヒト血清アルブミン結晶を示す。
【図9】 図9は、55℃での可溶性ペニシニンアシラーゼの比活性を経時的に示す。
【図10】 図10は、55℃での種々の乾燥ペニシリンアシラーゼ結晶処方物の貯蔵安定性を示す。
【図11】 図11は、可溶性グルコースオキシダーゼの比活性を経時的に示す。
【図12】 図12は、50℃での種々の乾燥グルコースオキシダーゼ結晶処方物の貯蔵安定性を示す。
【図13】 図13は、初期時間0にてラクチトールを用いて処方したグルコースオキシダーゼ結晶を示す。
【図14】 図14は、50℃にて13日間インキュベーションした後にラクチトールを用いて処方したグルコースオキシダーゼ結晶を示す。
【図15】 図15は、初期時間0にてトレハロースを用いて処方したグルコースオキシダーゼ結晶を示す。
【図16】 図16は、50℃にて13日間のインキュベーション後にトレハロースを用いて処方したグルコースオキシダーゼ結晶を示す。
【図17】 図17は、Candida rugosa由来のリパーゼのカプセル化し架橋した酵素結晶を示す。
【図18】 図18は、Candida rugosa由来のリパーゼのカプセル化し架橋していない酵素結晶を示す。
【図19】 図19は、Escherichia coli由来のペニシリンアシラーゼのカプセル化し架橋した酵素結晶を示す。
【図20】 図20は、Escherichia coli由来のペニシリンアシラーゼのカプセル化し架橋していない酵素結晶を示す。
【図21】 図21は、Aspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼのカプセル化し架橋した酵素結晶を示す。
【図22】 図22は、Aspergillus niger由来のグルコースオキシダーゼのカプセル化し架橋していない酵素結晶を示す。
【図23】 図23は、Pseudomonas cepacia由来のリパーゼの架橋されていない酵素結晶のカプセル化した水性スラリーを示す。
【図24】 図24は、Pseudomonas cepacia由来のリパーゼの架橋されていない酵素結晶を示す。[0001]
(Technical field of the invention)
The present invention relates to methods for the stabilization, storage, and delivery of biologically active macromolecules such as proteins, peptides, and nucleic acids. In particular, the present invention relates to protein or nucleic acid crystals, formulations containing them, and compositions. Provided are methods for crystallization of proteins and nucleic acids, and methods for the preparation of stabilized protein crystals or nucleic acid crystals for use in dry or slurry formulations. The crystals, crystal formulations, and crystal compositions of the present invention can be reconstituted with diluents for parenteral administration of biologically active polymer components.
[0002]
The methods of the invention are useful for preparing crystals of “naked” DNA and RNA sequences that encode therapeutic or immunogenic proteins and that can be administered parenterally. Dissolved DNA and RNA molecules that are subsequently taken up by cells and used to express proteins with the appropriate glycosylation pattern can be either therapeutic or immunogenic. Alternatively, the present invention is useful for preparing crystals, crystal formulations, and crystal compositions of RNA or DNA sense and antisense polynucleotides.
[0003]
The present invention further relates to encapsulating crystals, or crystal formulations of proteins, glycoproteins, enzymes, antibodies, hormones, and peptides in compositions for biological delivery to humans and animals. In accordance with the present invention, protein crystals or crystal formulations are encapsulated in a matrix containing a polymeric carrier to form a composition. The formulations and compositions enhance the retention of the protein's native biologically active tertiary structure and create a reservoir that can slowly release the active protein where and when needed. Such polymeric carriers include biocompatible polymers and biodegradable polymers. Biologically active proteins are subsequently controlled in a controlled manner over time, as determined by the particular encapsulation technique, polymer formation, crystal shape, crystal solubility, crystal crosslinking, and formulation conditions used. Released. For preparing stable formulations using methods, pharmaceutical ingredients or excipients for crystallizing proteins, and optionally encapsulating them in a polymeric carrier to produce a composition Methods and methods for using such protein crystal formulations and compositions for biomedical applications, including delivery of therapeutic proteins and vaccines, are provided. Additional uses for this protein crystal formulation and composition of the present invention include protein delivery in human food, agricultural feed, veterinary compositions, diagnostics, cosmetics, and personal care compositions.
[0004]
(Background of the Invention)
Proteins are used in a wide range of applications in the fields of pharmacy, veterinary products, cosmetics, and other consumer goods, food, feed, diagnostics, industrial chemistry and purification. Sometimes such uses have been limited by the inherent constraints of the proteins themselves, or have been constrained by the environment or medium in which they are used. Such constraints can result in poor protein stability, performance fluctuations, or high costs.
[0005]
It is inevitable that the higher order tertiary or quaternary structure of the protein should be preserved until the point where individual protein molecules are required to perform their unique functions. To date, a limiting factor for the use of proteins (especially in therapeutic regimes) is the sensitivity of the protein structure to chemical and physical modifications encountered during delivery.
[0006]
Various approaches have been utilized to overcome these barriers. However, these approaches often incur either loss of protein activity or additional expense of protein stabilizing carriers or formulations.
[0007]
One approach to overcoming barriers to the widespread use of proteins is the cross-linked enzyme crystal (“CLEC®”) technology (NL St. Clair and MA Navia, J. Am. Chem. Soc., 114, pages 4314-16 (1992)). See also PCT patent application PCT / US91 / 05415. Cross-linked enzyme crystals usually retain their activity in environments that are not compatible with enzyme function. Such environments include prolonged exposure to proteases, organic solvents, elevated temperatures, or extreme pH. In such an environment, the crosslinked enzyme crystals remain insoluble, stable and active.
[0008]
In general, despite recent advances in protein technology, the two issues discussed below continue to limit the use of biological macromolecules in industry and medicine. The first concerns the molecular stability and sensitivity of higher order tertiary structures to chemical and physical denaturation during manufacturing and storage. The second problem is that the field of biological delivery of therapeutic proteins is based on native proteins (eg, proteins, glycoproteins, etc.) at a rate where the provided vehicle is consistent with the needs of a particular patient or disease process. Enzymes, antibodies, hormones, nucleic acids, and peptides).
[0009]
(Polymer stability)
A number of factors distinguish biological macromolecules from traditional chemical entities such as their size, conformation, and amphiphilic properties. Macromolecules are not only sensitive to chemical degradation, but are also sensitive to physical degradation. They are sensitive to various environmental factors such as temperature, oxidant, pH, freezing, shaking, and shear stress (Cholwinski, M., Luckel, B. and Horn, H., Acta Helv. 71, 405 (1996)). In considering macromolecules for drug development, stability factors must be considered when choosing a production process.
[0010]
Maintenance of biological activity during the development and manufacture of a pharmaceutical product depends on the inherent stability of the polymer and the stabilization technology utilized. There are various protein stabilization techniques including:
a) Addition of chemical “stabilizers” to aqueous solutions or suspensions of proteins. For example, US Pat. No. 4,297,344 discloses heat stabilization of coagulation factor II and coagulation factor VIII, antithrombin III and plasminogen by the addition of selected amino acids. U.S. Pat. No. 4,783,441 discloses a method for stabilizing proteins by the addition of surfactants. US Pat. No. 4,812,557 discloses a method for stabilizing interleukin-2 using human serum albumin. The disadvantage of such a method is that each formulation is specific for the protein of interest and requires significant development effort.
[0011]
b) A freeze / thaw method in which the preparation is mixed with a cryoprotectant and stored at cryogenic temperatures. However, not all proteins survive a freeze / thaw cycle.
[0012]
c) Cold storage with cryoprotective adduct (usually glycerol).
[0013]
d) Storage in glass form as described in US Pat. No. 5,098,893. In this case, the protein is dissolved in a water-soluble substance or a water-swellable substance in an amorphous or glassy state.
[0014]
e) The most widely used method for protein stabilization is freeze-drying or lyophilization (Carpenter, JF, Pical, MJ, Chang, B.S. And Randolph, T.W., Pharm.Res., 14: (8) 969 (1997)). Lyophilization provides the most viable alternative whenever sufficient protein stability cannot be achieved in aqueous solution. One disadvantage of lyophilization is that it requires sophisticated processing, is time consuming, and expensive (Carpenter, JF, Pical, MJ, Chang, B. et al. S. and Randolph, TW, Pharm. Res., 14: (8) 969 (1997) and references cited therein). Furthermore, if the lyophilization is not performed carefully, the freezing and dehydration steps of this technique will at least partially denature most preparations. The result is frequently an irreversible aggregation of portions of the protein molecule, which makes the formulation unacceptable for parenteral administration.
[0015]
Most of the protein formulations produced by the above techniques require cryogenic storage (sometimes as low as -20 ° C). Exposure to elevated temperatures during shipping or storage can result in significant loss of activity. Thus, storage is not possible for many proteins, even at elevated temperatures or even at ambient temperatures.
[0016]
Proteins, peptides, and nucleic acids are increasingly used in the pharmaceutical, diagnostic, food, cosmetic, detergent, and research industries. There is a great need for alternative stabilization procedures that are fast, inexpensive and applicable to a wide range of biological macromolecules. In particular, there is a need for a stabilization procedure that does not rely on the use of excess excipients that can interfere with the function of these biological macromolecules.
[0017]
The stability of the small molecule drug is such that it can be resistant to extreme forces during the formulation process (see US Pat. No. 5,510,118). The forces associated with nanoparticle milling of relatively insoluble drug crystalline materials include: shear stress, turbulence, high impact impact, cavitation, and crushing. Small molecule crystalline compounds are understood to be much more stable to chemical degradation than the corresponding amosphas solids (Pical, MJ, Lukes, AL, Lang, JE, and Gaines, J. Pharm. Sci., 67, 767 (1978)). Unfortunately, macromolecule crystals such as proteins and nucleic acids present additional problems and difficulties not associated with small molecules.
[0018]
For the majority of this century, science and medicine have attempted to solve the problem of providing insulin in a useful form for diabetes. Attempts have been made to solve some of this protein stability and biological delivery problems. For example, US Pat. No. 5,506,203 describes the use of amorphous insulin in combination with an absorption enhancer. Solid state insulin was exclusively an amorphous material as shown by polarized light microscopy.
[0019]
Jensen et al. Co-precipitated insulin with an absorption enhancer for use in airway delivery of insulin (see PCT patent application WO 98/42368). Here, absorption enhancers have been described as surfactants (eg, fatty acid salts or bile salts). Insulin crystals less than 10 micrometers in diameter and lacking zinc are Made by Havelund (see PCT patent application WO 98/42749). Similarly, crystals were also made in the presence of surfactants to enhance pulmonary administration.
CA-A-1 196 864 relates to a composition comprising a crystal of insulin and a biodegradable matrix of a biodegradable polymer. The biodegradable polymer is further defined as any convenient biodegradable polymer that dissolves in an organic solvent and allows formation of a matrix therewith.
[0020]
To date, those skilled in the art have recognized that the great enhancement of crystalline state stability observed for small molecules is not converted to biological macromolecules (Pical, MJ and Rigsbee, D R., Pharm. Res., 14: 1379 (1997)). For example, an aqueous suspension of crystalline insulin is only slightly more stable (up to a factor of 2) compared to the corresponding amorphous phase suspension (Brange, J., Langkjaer, L., Havelund). S., and Volund, A., Pharm. Res., 9: 715 (1992)). In the solid state, lyophilized amorphous insulin is much more stable than lyophilized crystalline insulin under all conditions investigated (Pical, MJ and Rigsbee, DR, Pharm. Res., 14: 1379 (1997)).
[0021]
Molecular weight has a significant effect on all properties of a polymer, including volume, hydration, viscosity, diffusion, mobility, and stability of the polymer. (Cantor, CR and Schimmel, PR, Biophysical Chemistry, WH Freeman and Co., New York, 1980).
WO 96/18417 relates to a pharmaceutical composition comprising crystalline protein and polyethylene glycol or a pharmaceutically acceptable vegetable oil. This invention has been described by the authors as the unexpected high controlled release properties obtained when crystalline proteins are suspended in PEG solutions or gels, or vegetable oils. The authors specifically claim a composition comprising a crystalline protein selected from the group consisting of: crystalline erythropoietin (EPO), crystalline granulocyte colony stimulating factor (G-CSF). , Crystalline insulin, and crystalline granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF).
WO-A-9 641 873 relates to a formulation of a polynucleotide complex that is stabilized with a cryoprotective compound and lyophilized. The lyophilized formulation is then powdered or sieved into a dry powder formulation that can be used to deliver the polynucleotide complex.
[0022]
(Summary of the Invention)
The inventors have surprisingly found that biological macromolecules that are not stable when held in solution at ambient or elevated temperatures are nevertheless long-term at such temperatures in crystalline form. It has been discovered that it can be successfully stored in dry form. In practice, the five aspects of this discovery are particularly advantageous.
[0023]
First, the crystallinity of the material being stored is very important. This is because large-scale crystallization can be introduced as a final purification step and / or concentration step in a clinical manufacturing process (eg, a process for manufacturing a therapeutic agent or vaccine). Furthermore, large scale crystallization can replace some of the purification steps in the manufacturing process. For example, protein crystallization can streamline the production of a protein formulation, making it more convenient.
[0024]
Second, the polymer interactions that occur in solution are prevented or severely reduced in the crystalline state due to a substantial decrease in the overall reaction rate. This crystalline state is therefore uniquely suitable for the preservation of mixtures of biological macromolecules.
[0025]
Third, solid crystalline preparations can be easily reconstituted to produce easily used parenteral formulations with very high protein concentrations. Such protein concentrations are considered particularly useful when the formulation is intended for subcutaneous administration (see PCT patent application WO 97/04801). For subcutaneous administration, an injection volume of 1.5 ml or less is well tolerated. Thus, for proteins administered at 1 mg / ml on a weekly basis, a protein concentration of at least 50 mg / ml is required and 100-200 mg / ml is preferred. These concentrations are difficult to achieve in liquid formulations due to aggregation problems. These concentrations can be easily achieved in the crystal formulations of the present invention.
[0026]
Fourth, protein crystals also constitute a particularly advantageous form for pharmaceutical dosage preparations. The crystals can be used as a basis for sustained release formulations in vivo. As those skilled in the art will appreciate, particle size is important for crystal dissolution and release of activity. It is also known that the release rate is more predictable if the crystals have a substantially uniform particle size and do not contain amorphous precipitates (see EP 0 265 214). ). Thus, protein crystals can be advantageously used in implantable devices (see PCT patent application WO 96/40049). The implant reservoir is generally approximately 25-250 μl. Due to this volume limitation, high concentration formulations (greater than 10%) and minimal amounts of suspension vehicle are preferred. The protein crystals of the present invention can be readily formulated in non-aqueous suspensions at such high concentrations.
[0027]
Fifth, another advantage of crystals is that certain variables can be manipulated to regulate the release of macromolecules over time. For example, the crystal size, shape, formulation with excipients that result in dissolution, cross-linking, cross-linking to the polymer matrix and the level of encapsulation can all be manipulated to produce a delivery vehicle for the biological molecule. .
[0028]
The present invention uses the most stable form, crystalline form of the active protein, and (1) adding ingredients or excipients when it is necessary to stabilize the dried crystals, or (2) The protein crystal or crystal formulation is encapsulated in a polymeric carrier to produce a composition containing each crystal and subsequently allow the release of active protein molecules to overcome the above obstacles. . Any form of protein (including glycoproteins, antibodies, enzymes, hormones or peptides) can be crystallized and stabilized or encapsulated in the composition according to the methods of the invention. In addition, nucleic acids encoding such proteins can be similarly processed.
[0029]
Crystals can be encapsulated with a variety of polymeric carriers with unique properties suitable for delivery to different or specific environments or to provide specific functions. The rate of dissolution of the composition and hence the delivery of the active protein is dependent on crystal size, polymer composition, polymer cross-linking, crystal cross-linking, polymer thickness, polymer hydrophobicity, polymer crystallinity or polymer solubility. It can be adjusted by varying.
[0030]
Addition of ingredients or excipients to the crystals of the present invention or encapsulation of protein crystals or crystal formulations results in further stabilization of the protein ingredients.
[0031]
(Detailed description of the invention)
In order that the invention described herein may be more fully understood, the following detailed description is set forth. In this description, the following terms are used.
[0032]
Amorphous solid-an amorphous solid form of a protein. Sometimes called amorphous precipitation. It does not have a molecular lattice structure that is characteristic of the solid state of the crystal.
[0033]
Antisense polynucleotide—RNA or DNA encoding RNA that is complementary to the mRNA of a gene whose inhibition of expression is intended.
[0034]
Aqueous organic solvent mixture—a mixture comprising n% organic solvent (where n is between 1 and 99) and m% aqueous solvent (where m is 100-n).
[0035]
Biocompatible polymer—A polymer that is non-antigenic (when not used as an adjuvant), non-carcinogenic, non-toxic, and otherwise not inherently incompatible with living organisms. Examples include: poly (acrylic acid), poly (cyanoacrylate), poly (amino acid), poly (anhydride), poly (depsipeptide), poly (ester) (eg, poly (lactic acid) or PLA) , Poly (lactic acid coglycolic acid) or PLGA, poly (β-hydroxybutyrate), poly (caprolactone) and poly (dioxanone); poly (ethylene glycol), poly ((hydroxypropyl) methacrylamide), poly [( Organo) phosphazene], poly (orthoester), poly (vinyl alcohol), poly (vinyl pyrrolidone), maleic anhydride-alkyl vinyl ether copolymer, pluronic polyol, albumin, alginic acid, cellulose and cellulose derivatives, co Gen, fibrin, gelatin, hyaluronic acid, oligosaccharides, glycidyl Camino glycans, sulfated polysaccharide, their blends and copolymers.
[0036]
Biodegradable polymer—A polymer that degrades by hydrolysis or solubilization. Degradation can be non-uniform (primarily occurring at the particle surface) or uniform (degrading uniformly throughout the polymer matrix) or a combination of such processes.
[0037]
Biological macromolecules-biological polymers such as proteins, deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA). For purposes of this application, biological macromolecules are also referred to as macromolecules.
[0038]
Change in chemical composition-any change in the chemical component of the environment surrounding a protein or nucleic acid crystal or crystal formulation that affects the stability or dissolution rate of the crystal component.
[0039]
Change in shear force—under conditions of use, any change in environmental factors surrounding the protein or nucleic acid crystal or crystal formulation (eg, change in mechanical pressure (which may be positive or negative) Good), rotary stirring, centrifugation, tumbling, mechanical shaking and filtration pump).
[0040]
Composition—any of non-crosslinked protein crystals, cross-linked crystals, nucleic acid crystals or formulations containing them. These are encapsulated in a polymeric carrier to form coated particles. As used herein, a composition always refers to an encapsulated crystal or formulation.
[0041]
Controlled dissolution-dissolution of a protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or release of the crystal components of the formulation, controlled by a factor selected from the group consisting of: the surface area of the crystal; the size of the crystal; The shape of the crystals; the concentration of the excipient component; the number and nature of the excipient component; the molecular weight of the excipient component and combinations thereof.
[0042]
Polymer made with monomer species greater than Copolymer-1.
[0043]
Crystal—One form of a solid state of a substance that is different from the amorphous solid state that is the second form. Crystals exhibit characteristic properties including lattice structures, characteristic shapes and optical properties (eg, refractive index). Crystals consist of atoms arranged in a three-dimensional, periodically repeating pattern (CS Barrett, Structure of Metals, 2nd edition, McGraw-Hill, New York, 1952, page 1). The crystals of the present invention can be proteins, glycoproteins, peptides, antibodies, therapeutic proteins, or DNA or RNA encoding such proteins.
[0044]
(Drying protein crystals or nucleic acid crystals) N2Water by means including gas or inert gas drying, vacuum oven drying, lyophilization, washing with a volatile organic solvent followed by evaporation of this solvent, or evaporation of this solvent in a fume hood, Removal of organic solvent or liquid polymer. Typically, drying is achieved when the crystals become a free flowing powder. Drying can be performed by passing a gas stream through the wet crystals. The gas may be selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, air or combinations thereof.
[0045]
(Effective amount) a protein crystal or nucleic acid crystal of the invention or effective in treating, immunizing, boosting, protecting, repairing or detoxifying a subject or region to which they are administered for some period of time or The amount of crystal formulation or crystal composition.
[0046]
(Emulsifier) A surfactant that reduces the interfacial tension between the polymer-coated protein crystals and the solution.
[0047]
(Formulation or (protein crystal composition or nucleic acid crystal composition)) A combination of a protein crystal or nucleic acid crystal of the present invention and one or more ingredients or excipients (including sugar and biocompatible polymer). Examples of excipients are described in Handbook of Pharmaceutical Excipients, co-published by American Pharmaceutical Association and the Pharmaceutical Society of Great Britian. For the purposes of this application, “formulation” includes “crystal formulation”. Furthermore, “formulation” includes “protein crystal formulation or nucleic acid crystal formulation”.
[0048]
(Formulations for decontamination) Formulations selected from the following groups: Chemical wastes, herbicides, insecticides, pesticides and formulations for decontamination of environmental hazards.
[0049]
(Gene therapy) Treatment using a DNA formulation and / or composition encoding a protein that is deficient, deficient or poorly expressed in an individual. The crystals are injected into non-proliferating tissue where DNA is taken up into cells and expressed over a period of 1-6 months. The expressed protein serves to temporarily replace or supplement the endogenous protein. Gene therapy also provides a transgene in the opposite gene orientation as compared to the promoter, so that antisense mRNA serves to inhibit gene expression by being produced in vivo.
[0050]
(Glycoprotein) A protein or peptide covalently bound to a carbohydrate. The carbohydrate can be monomeric or can be composed of oligosaccharides.
[0051]
(Homopolymer) A polymer made of a single monomer species.
[0052]
(Immunotherapeutic agent) A protein derived from the above-mentioned tumor cell, virus or bacterium having a protein activity that induces protective immunity against the tumor cell, virus or bacterium. Immunotherapeutic agents can be administered directly (as a protein) or by injecting DNA or RNA encoding the protein (indirectly).
[0053]
The immunotherapeutic agent can also be a protein or glycoprotein cytokine or an immune cell costimulatory molecule that stimulates the immune system to reduce or eliminate the tumor cells, viruses or bacteria described above.
[0054]
(Liquid polymer) A pure liquid phase synthetic polymer, such as polyethylene glycol (PEG), in the absence of aqueous or organic solvents.
[0055]
(Polymer) protein, glycoprotein, peptide, therapeutic protein, DNA molecule or RNA molecule.
[0056]
Methods of Administration Protein crystals or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions can be suitable for various modes or administration. These may include oral administration, parenteral administration, subcutaneous administration, intravenous administration, pulmonary administration, intralesional administration, or topical administration. Alternatively, the nucleic acid crystals can be covalently attached to gold particles, or other carrier beads, for delivery to non-proliferating tissue (eg, muscle) using a “DNA gun”.
[0057]
A non-replicating, non-integrating polynucleotide encoding a vaccine antigen, therapeutic protein, or immunotherapy protein that can be operably linked to a (naked DNA) promoter and inserted into a replication-competent plasmid. This DNA is free from association with proteins, virus particles, liposomal formulations, lipids and calcium phosphate precipitants that facilitate transfection.
[0058]
(Naked DNA vaccine) DNA encoding vaccine antigen or crystal of vaccine antigen and immunotherapeutic agent. The vaccine is injected into non-proliferating tissue where the DNA is taken up into cells and expressed over a period of 1-6 months. The nucleic acid crystal can be covalently bound to the gold particles to aid delivery to the site of administration.
[0059]
(Organic solvent) Any solvent of non-aqueous origin, including liquid polymers and mixtures thereof. Suitable organic solvents for the present invention are acetone, methyl alcohol, methyl isobutyl ketone, chloroform, 1-propanol, isopropanol, 2-propanol, acetonitrile, 1-butanol, 2-butanol, ethyl alcohol, cyclohexane, dioxane, ethyl acetate, Including dimethylformamide, dichloroethane, hexane, isooctane, methylene chloride, tert-butyl alcohol, toluene, carbon tetrachloride, or combinations thereof.
[0060]
Peptide Usually 3 to 35 amino acid residues, and frequently (but not necessarily showing larger protein fragments) small to medium molecular weight polypeptides.
[0061]
(Pharmaceutically effective amount) The amount of a protein crystal or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition that is administered over a period of time and is effective to treat a condition in a living organism.
[0062]
(Component) Any excipient (s), including pharmaceutical ingredients or pharmaceutical excipients. Excipients include, for example:
(Acidizing agent)
Acetic acid, glacial acetic acid, citric acid, fumaric acid, hydrochloric acid, dilute hydrochloric acid, malic acid, nitric acid, phosphoric acid, dilute phosphoric acid, sulfuric acid, tartaric acid.
[0063]
(Aerosol spray)
Butane, dichlorodifluoromethane, dichlorotetrafluoroethane, isobutane, propane, trichloromonofluoromethane.
[0064]
(Air replacement)
Carbon dioxide, nitrogen.
[0065]
(Alcohol denaturant)
Denatonium benzoate, methyl isobutyl ketone, sucrose octaacetate.
[0066]
(Alkalizing agent)
Strong ammonia solution, ammonium carbonate, diethanolamine, diisopropanolamine, potassium hydroxide, sodium bicarbonate, sodium borate, sodium carbonate, sodium hydroxide, trolamine.
[0067]
(See anti-caking agent: glidant section)
(Antifoaming agent)
Dimethicone, simethicone.
[0068]
(Preservative)
Benzalkonium chloride, benzalkonium chloride solution, benzethonium chloride, benzoic acid, benzyl alcohol, butylparaben, cetylpyridinium chloride, chlorobutanol, chlorocresol, cresol, dehydroacetic acid, ethylparaben, methylparaben, Sodium methylparaben, phenol, phenylethyl alcohol, phenylmercuric acetate, phenylmercuric nitrate, potassium benzoate, potassium sorbate, propylparaben, sodium propylparaben, sodium benzoate, sodium dehydroacetate, sodium propionate, sorbic acid, thimerosal, thymol .
[0069]
(Antioxidant)
Ascorbic acid, accorbyl palmitate, butylated hydroxyanisole, butylated hydroxytoluene, hypophosphorous acid, monothioglycerol, propyl gallate, sodium formaldehydesulfoxylate, sodium metabisulfite, sodium thiosulfate, sulfur dioxide, tocopherol, Tocopherol excipient.
[0070]
(Buffering agent)
Acetic acid, ammonium carbonate, ammonium phosphate, boric acid, citric acid, butyric acid, phosphorous acid, potassium citrate, potassium metaphosphate, potassium phosphate monobasic, sodium acetate, sodium citrate, sodium butyrate solution, dibasic phosphorus Sodium phosphate, monobasic sodium phosphate.
[0071]
(Capsule lubricant)
See tablets and capsule lubricants.
[0072]
(Chelating agent)
Edetic acid disodium, ethylenediaminetetraacetic acid and its salts, edetic acid. (Coating agent)
Sodium carboxymethylcellulose, cellulose acetate, cellulose acetate phthalate, ethylcellulose, gelatin, pharmaceutical glaze, hydroxypropylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose phthalate, methacrylic acid copolymer, methylcellulose, polyethylene glycol, polyvinyl acetate phthalate, shellac, Sucrose, titanium dioxide, carnauba wax, microcrystalline wax, zein.
[0073]
(Coloring agent)
Caramel, red, yellow, black or a blend of these, iron oxide.
[0074]
(Complexing agent)
Ethylenediaminetetraacetic acid and its salt (EDTA), edetic acid, ethanolic gentisate, oxyquinoline sulfate.
[0075]
(desiccant)
Calcium chloride, calcium sulfate, silicon dioxide.
[0076]
(Emulsifier and / or solubilizer)
Acacia, cholesterol, diethanolamine (adjunct), glyceryl monostearate, lanolin alcohol, lecithin, mono- and diglycerides, monoethanolamine (adjacent), oleic acid (adjacent), oleyl alcohol (stabilized) Agent), poloxamer,
[0077]
(Filter aid)
Powdered cellulose, refined siliceous soil.
[0078]
(Odorant and fragrance)
Anethole, benzaldehyde, ethyl vanillin, menthol, methyl salicylate, monosodium glutamate, orange flower oil, peppermint, peppermint oil, peppermint essential oil, rose oil, stronger rose water, thymol, tolbalsum tincture, vanilla, vanilla tincture, Vanillin.
[0079]
(Lubricant and / or anti-caking agent)
Calcium silicate, magnesium silicate, colloidal silicon dioxide, talc.
[0080]
(Wetting agent)
Glycerin, hexylene glycol, propylene glycol, sorbitol.
[0081]
(Ointment base)
Lanolin, anhydrous lanolin, hydrophilic ointment, white ointment, yellow ointment, polyethylene glycol ointment, petrolatum, hydrophilic petrolatum, white petrolatum, rose water ointment, squalane.
[0082]
(Plasticizer)
Castor oil, diacetylated monoglyceride, diethyl phthalate, glycerin, mono- and di-acetylated monoglyceride, polyethylene glycol, propylene glycol, triacetin, triethyl citrate.
[0083]
(Polymer film)
Cellulose acetate.
[0084]
(solvent)
Acetone, alcohol, diluted alcohol, amylene hydrate, benzyl benzoate, butyl alcohol, carbon tetrachloride, chloroform, corn oil, cottonseed oil, ethyl acetate, glycerin, hexylene glycol, isopropyl alcohol, methyl alcohol, methyl chloride, methyleneisobutyl Ketone, mineral oil, peanut oil, polyethylene glycol, propylene carbonate, propylene glycol, sesame oil, water for injection, sterile water for injection, sterile water for washing, purified water.
[0085]
(Absorbent)
Powdered cellulose, charcoal, refined siliceous soil.
[0086]
(Carbon dioxide absorbent)
Barium hydroxide lime, soda lime.
[0087]
(Curing agent)
Hardened castor oil. Cetostearyl alcohol, cetyl alcohol, cetyl ester wax, hard fat, paraffin, polyethylene excipient, stearyl alcohol, emulsifying wax, white wax, yellow wax.
[0088]
(Suppository base)
Cocoa butter, hardened fat, polyethylene glycol.
[0089]
(Suspension and / or thickener)
Gum arabic, agar, alginic acid, aluminum monostearate, bentonite, purified bentonite, magma bentonite, carbomer 934p, carboxymethylcellulose calcium, carboxymethylcellulose sodium,
[0090]
(Sweetener)
Aspartame, dextrate, dextrose, excipient dextrose, fructose, mannitol, saccharin, calcium saccharin, saccharin sodium, sorbitol, sorbitol solution, sucrose, compressed sugar, coated sugar, syrup.
[0091]
(Tablet binder)
Gum arabic, alginic acid, sodium carboxymethylcellulose, microcrystalline cellulose, dextrin, ethylcellulose, gelatin, liquid glucose, gar gum, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, polyethylene oxide, povidone, pregelatinized starch, syrup.
[0092]
(Tablet and / or capsule diluent)
Calcium carbonate, calcium phosphate (2 bases), calcium phosphate (3 bases), calcium sulfate, microcrystalline cellulose, powdered cellulose, dextrate, dextrin, dextrose excipient, fructose, kaolin, lactose, mannitol, sorbitol, starch, pregelatinized Starch, sucrose, compressed sugar, coated sugar.
[0093]
(Tablet disintegrant)
Alginic acid, microcrystalline cellulose, croscarmellose sodium, crospovidone, polacrilin potassium, sodium glycolate starch, starch, pregelatinized starch.
[0094]
(Tablet and / or capsule lubricant)
Calcium stearate, glyceryl behenate, magnesium stearate, light mineral oil, polyethylene glycol, sodium stearyl fumarate, stearic acid, purified stearic acid, talc, hydrogenated vegetable oil, zinc stearate.
[0095]
(Tonic)
Dextrose, glycerin, mannitol, potassium chloride, sodium chloride.
[0096]
(Vehicle: Flavored and / or sweetened)
Aromatic elixir, compound benzaldehyde elixir, isoalcohol elixir, mint water, sorbitol solution, syrup, trough sum syrup.
[0097]
(Vehicle: oily)
Almond oil, corn oil, cottonseed oil, ethyl oleate, isopropyl myristate, isopropyl palmitate, mineral oil, light mineral oil, myristyl alcohol, octyldodecanol, olive oil, peanut oil, kyounin oil, sesame oil, soybean oil, squalin.
[0098]
(Vehicle: solid carrier)
Sugar sphere
(Vehicle: sterilization)
Bacteriostatic water for injection, bacteriostatic sodium chloride for injection.
[0099]
(Thickener) (See Suspension).
[0100]
(Water repellent)
Cyclomethicone, dimethicone, simethicone.
[0101]
(Wetting agent and / or solubilizer)
Benzalkonium chloride, benzethonium chloride, cetylpyridinium chloride, doxate sodium, nonoxynol 9,
[0102]
Preferred ingredients or excipients include the following salts: 1) amino acids (eg glycine, arginine, aspartic acid, glutamic acid, lysine, asparagine, glutamine, proline), 2) carbohydrates (eg monosaccharides (eg glucose) , Fructose, galactose, mannose, arabinose, xylose, ribose), and 3) disaccharides (eg, lactose, trehalose, maltose, sucrose), and 4) polysaccharides (eg, maltodextrin, dextran, starch, glycogen), and 5) Alditol (eg, mannitol, xylitol, lactitol, sorbitol), 6) Glucuronic acid, galacturonic acid, 7) Cyclodextrin (eg, methylcyclodextrin, hydroxypropyl-β-cycl) Dextrin etc.), 8) inorganic salts (eg sodium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, sodium and potassium phosphates, borates, ammonium carbonate and ammonium phosphate), and 9) organic salts (eg acetate) , Citrate, ascorbate, lactate), 10) emulsifiers or solubilizers (gum arabic, diethanolamine, glyceryl monostearate, lecithin, monoethanolamine, oleic acid, oleyl alcohol, poloxamer, Polysorbate, sodium lauryl sulfate, stearic acid, sorbitan monolaurate, sorbitan monostearate, and other sorbitan derivatives, polyoxyl derivatives, waxes, polyoxyethylene derivatives, sorbitan derivatives), 11) Thickening reagents (agar, alginic acid and its salts, gar gum, pectin, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, cellulose and its derivatives, propylene carbonate, polyethylene glycol, hexylene glycol, tyloxapol). A further preferred group of excipients or components comprises: sucrose, trehalose, lactose, sorbitol, lactitol, inositol, sodium and potassium salts (eg acetate, phosphate, citrate, borate) Glycine, arginine, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, hexylene glycol, methoxypolyethylene glycol, gelatin, hydroxypropyl-β-cyclodextrin.
[0103]
(Polymer)-A macromolecule constructed by repeating simple chemical units of small molecules. The repeating units can be linearized or branched to form an interconnected network. The repeating unit is usually equivalent or nearly equivalent to the monomer.
[0104]
(Polymer carrier)-a polymer used to encapsulate protein crystals for protein delivery (including biological delivery). Such polymers include biocompatible polymers and biodegradable polymers. The polymer carrier can be a single polymer type or it can be composed of a mixture of polymer types. Polymers useful as polymer carriers include, for example: poly (acrylic acid), poly (cyanoacrylate), poly (amino acid), poly (anhydride), poly (depsipeptide), poly (ester) (eg Poly (lactic acid) or PLA, poly (lactic acid-co-glycolic acid) or PLGA, poly (B-hydroxybutyrate), poly (caprolactone), and poly (dioxanone)); poly (ethylene glycol); Poly ((hydroxypropyl) methacrylamide), poly ((organo) phosphazene), poly (orthoester), poly (vinyl alcohol), poly (vinylpyrrolidone), maleic anhydride-alkyl vinyl ether copolymer, pluronic poly Any conventional material that encapsulates a protein, albumin, natural and synthetic polypeptides, alginate, cellulose and cellulose derivatives, collagen, fibrin, gelatin, hyaluronic acid, oligosaccharides, glycaminoglycans, sulfurized polysaccharides, or protein crystals .
[0105]
(Protein)-A complex polymer composed of a chain of amino acids containing carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and usually sulfur and linked by peptide bonds. Proteins in this application refer to glycoproteins, antibodies, non-enzymatic proteins, enzymes, hormones and peptides. The molecular weight range of proteins includes 1000 dalton peptides to 600-1000 kilodalton glycoproteins. Small molecule proteins (less than 10,000 Daltons) may not be characterized by highly organized tertiary structures because they are so small. Here, this tertiary structure is organized around the hydrophobic core.
[0106]
In one embodiment of the invention, such a protein has a molecular weight of 10,000 daltons or greater. According to an alternative embodiment, the molecular weight is 20,000 daltons or more. According to another alternative embodiment, the molecular weight is 30,000 daltons or more. According to a further alternative embodiment, the molecular weight is greater than 40,000 daltons. According to another alternative embodiment, the molecular weight is 50,000 daltons or more.
[0107]
(Protein activity)-from binding, catalysis, signal transduction, transport, or other activity that induces a functional response within the environment in which the protein is used (eg, immune response, enzymatic activity, or combinations thereof) An activity selected from the group consisting of:
[0108]
Protein activity release rate--the amount of protein dissolved per unit time.
[0109]
(Protein crystal)-protein molecules aligned in a crystal lattice. Protein crystals contain a pattern of specific protein-protein interactions that repeat periodically in three dimensions. The protein crystals of the present invention do not include amorphous solid forms or protein precipitates (eg, those obtained by lyophilization of protein solutions).
[0110]
Protein crystal formulation--a combination of protein crystals encapsulated in a polymeric carrier to form coated particles. The coated particles of the protein crystal formulation can have a spherical morphology and can be microspheres up to 500 micrometers in diameter, or they can have other morphology and can be microparticles . For the purposes of this application, the “protein crystal formulation” is included in the term “composition”.
[0111]
Protein delivery system--One or more protein crystal formulations or compositions, a process for making a formulation, or a method or means for administering the formulation to the biological context.
[0112]
Protein loading—the protein content of the microspheres calculated as a percentage of the weight of the protein with respect to the weight of the dry formulation. A typical range of protein loading is 1-80%.
[0113]
Protein release--The release of active protein from the polymer carrier is controlled by one or more of the following factors: (1) degradation of the polymer matrix; (2) rate of crystal melting within the polymer matrix; (3) Diffusion of molten protein through the polymer matrix; (4) protein loading; and (5) diffusion of biological media into the protein crystal / polymer matrix.
[0114]
Prophylactically effective amount--a protein or nucleic acid crystal or protein or nucleic acid crystal formulation or protein or nucleic acid crystal effective to prevent a condition in a living organism that is administered for some time The amount of the composition.
[0115]
Reconstitution--melting of a protein or nucleic acid crystal or protein or nucleic acid crystal formulation or protein or nucleic acid crystal composition in an appropriate buffer or pharmaceutical formulation.
[0116]
Storage stability--loss of specific activity from native protein and / or change in secondary structure over time incubated under certain conditions.
[0117]
Stability--loss of specific activity from native protein and / or change in secondary structure over time in solution under certain conditions.
[0118]
Stabilization--A process that prevents loss of specific activity from native proteins and / or changes in secondary structure by preparing protein crystals or DNA or RNA crystal formulations containing excipients or components.
[0119]
Therapeutic protein--a protein as described above, which is administered to a formulation or composition, or a living organism in a pharmaceutical formulation or composition. Therapeutic proteins include all of the protein types described herein.
[0120]
Vaccine antigen--a protein from a pathogenic agent such as a virus, parasite, bacterium or tumor cell The protein activity of such vaccine antigens is an inducer of a protective immune response specific to pathogenic factors or tumors.
[0121]
(crystalline)
The crystallinity of macromolecules is of great importance for their storage and delivery in vivo. However, there are few techniques for preparing large quantities of such crystalline polymers that are stable outside the mother liquor. Since proteins or nucleic acid crystals are very brittle and contain a high proportion of solvent, they must be handled with considerable care. In X-ray crystallography, it is well known that the diffraction pattern from a polymer crystal is rapidly denatured upon dehydration in air. Usually, the crystal is carefully separated from its mother liquor and inserted into a capillary tube. The tube is sealed from the air along the inside of a small amount of mother liquor with dental wax or silicone grease to maintain hydration [McPherson, A. et al. , Preparation and Analysis of Protein Crystals, Robert E .; Kriequer Publishing, Malabar, page 214 (1969)]. Another technique is to collect data from polymer crystals at low temperatures. The crystals are prepared and then cooled rapidly to prevent ice lattice formation in the aqueous medium. Instead of ice, a hard glass form, place crystals with little damage in a container. The crystal is then maintained at 100 Kelvin to prevent crystal collapse [(Rodgers, DW Methods in Enzymology (Edited by Carter, CW and Sweet, RM) Academic Press, 276). Vol., Page 183 (1997)] This technique makes it possible to maintain the crystals outside these mother liquors, but cannot be used at temperatures above 100 Kelvin.
[0122]
In principle, dried crystals can be prepared by lyophilization. However, this technique involves rapid cooling of the material and can only be applied to freeze stable products. This aqueous solution is first frozen between −40 ° C. and −50 ° C. The ice is then removed under vacuum. This ice formation is usually destructive to the protein crystal lattice, resulting in a mixture of crystalline and amorphous precipitates.
[0123]
In the crystalline state, it is desirable to produce polymers that are pure and stable under storage conditions at ambient temperature. Such crystals constitute a particularly advantageous form of protein or nucleic acid for pharmaceutical and vaccine dosage preparations. The present invention provides formulations and compositions for storage of crystalline polymers, either as solid particles or dispersed in a non-aqueous solvent. Furthermore, the present invention can be applied to the storage of a single biological polymer or a mixture of polymers that do not interact with each other.
[0124]
In another embodiment, the present invention provides a method for making a biological macromolecule suitable for storage in suspension, comprising replacing the mother liquor with a non-aqueous solvent. In yet another embodiment, the crystalline slurry is used to spin out the first solvent and wash the remaining crystalline solid using a second organic solvent to remove water. And then solidified by evaporation of a non-aqueous solvent.
[0125]
Non-aqueous slurries of crystalline therapeutic proteins are particularly useful for subcutaneous delivery, while solid formulations are ideally suited for pulmonary administration. Pulmonary delivery is particularly useful for biological macromolecules that are difficult to deliver by other routes or administration (see, eg, PCT patent applications WO 96/32152, WO 95/24183, and WO 97/41833). ).
[0126]
The proteins referred to below include their own protein crystals or nucleic acid crystals comprising DNA or RNA encoding the proteins upon cellular uptake.
[0127]
The present invention advantageously provides protein or nucleic acid crystal compositions and formulations.
[0128]
(Stability of encapsulated crystals)
Those skilled in the art understand that protein stability is one of the most important obstacles to successful formulations of polymer microparticle delivery systems that control protein release. The stability of the protein encapsulated in a polymer carrier is investigated in three distinct stages: production of the protein crystal composition, release of the protein from the resulting composition, and in vivo stability after release of the protein. obtain. During the preparation of microparticles or microspheres containing soluble or amorphous proteins, the use of organic solvents and lyophilization is particularly detrimental to protein stability. Subsequently, the released protein is susceptible to moisture-induced aggregation, thus resulting in permanent inactivation.
[0129]
In order to achieve high protein stability during the preparation of protein formulations and protein compositions according to the invention, it is necessary to limit the mobility of individual protein molecules (best achieved in the crystalline solid state). Results). For the purposes of this application, the solid state is divided into two categories (amorphous and crystalline). The three-dimensional long-range order normally present in crystalline materials does not exist in the amorphous state. Furthermore, the position of the molecules relative to each other is more random in the amorphous or liquid state with respect to a highly ordered crystalline state. Thus, amorphous proteins can be less stable than their crystalline counterparts.
[0130]
FIG. 1 shows the relative stability of the following molecular states of Candida rugosa lipase (“CRL”): crosslinked amorphous, liquid, crystalline, 20% organic solvent in 20% organic solvent. Cross-linked crystallinity, cross-linked crystallinity without organic solvent. FIG. 1 shows that crystalline CRL retains 80% activity in over 20% organic solvent over 175 hours. In contrast, both the amorphous and soluble forms of the enzyme are completely inactivated within a few hours. The present invention advantageously utilizes the crystalline form of the protein due to their excellent stability characteristics.
[0131]
(Maintaining crystallinity)
In order to use protein crystals as a protein source for preparing protein formulations and protein compositions according to the present invention, the problem of melting protein crystals outside the crystallization solution (mother liquor) must be overcome. In order to maintain protein crystallinity, and hence stability, several approaches can be used in the production of protein crystal formulations and protein crystal compositions of the present invention:
1. The crystals remain in the mother liquor in the process of producing protein crystals encapsulated with the polymer carrier. Many compounds used in protein crystallization (eg, salts, PEG, and organic solvents) are compatible with the conditions under which the polymer is processed.
2. Melting kinetics. The rate of crystal melting outside the mother liquor depends on conditions such as pH, temperature, presence of metal ions (eg, Zn, Cu and Ca), and concentration of precipitant. By changing these conditions, the melting of the crystals can be slowed for several hours. At the same time, the process of microparticle formation is very fast and usually requires seconds to minutes to complete.
3. Dry protein crystals. The mother liquor can be removed by filtration and the remaining crystalline paste can be dried by air drying, under vacuum, by washing with a water miscible organic solvent, and / or by lyophilization.
4). Protein crystals can be chemically cross-linked to form non-melting crystals or slow melting crystals.
5). Crystal size and shape can be manipulated and controlled during the crystallization process. Thus, a range of crystalline forms are available that each have a different melting rate and subsequent different sustained release profile compared to the amorphous protein.
[0132]
(Protein composition)
The protein composition of the formulations and compositions of the present invention may be a composition that is naturally or synthetically modified. They can be glycoproteins, phosphoproteins, sulfur proteins, iodine proteins, methylated proteins, unmodified proteins or proteins containing other modifications. Such protein configurations include, for example, therapeutic proteins, prophylactic proteins (including antibodies), detergent proteins (including surfactant proteins), personal medical proteins (including cosmetic proteins), veterinary proteins, It can be any protein, including food protein, feed protein, diagnostic protein and purification protein.
[0133]
In one embodiment of the invention, such a protein has a molecular weight of 10,000 Daltons or greater. According to an alternative embodiment, the molecular weight is greater than 20,000 daltons. According to another alternative embodiment, the molecular weight is 30,000 daltons or more. According to a further alternative embodiment, the molecular weight may be 40,000 daltons or more. According to another alternative embodiment, the molecular weight is 50,000 daltons or more.
[0134]
Included in such proteins are enzymes such as hydrolases, isomerases, lyases, ligases, adenylate cyclases, transferases and oxidoreductases. Examples of hydrolases include elastase, esterase, lipase, nitrilase, amylase, pectinase, hydantoinase, asparaginase, urease, subtilisin, thermolysin and other proteases and lysozyme. Examples of lyases include aldolase and hydroxynitrile lyase. Examples of oxidoreductases include peroxidase, laccase, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase and other dehydrogenases. Other enzymes include cellulase and oxidase.
[0135]
Examples of therapeutic or prophylactic proteins include hormones (eg, insulin, glucagon-
[0136]
The following therapeutic proteins are also included:
Leukocyte markers (eg, CD2, CD3, CD4, CD5, CD6, CD7, CD8, CD11a, CD11b, CD11c, CD13, CD14, CD18, CD19, CE20, CD22, CD23, CD27 and its ligand, CD28 and its ligand, B7 .1, B7.2, B7.3, CD29 and its ligand, CD30 and its ligand, CD40 and its ligand gp39, CD44, CD45 and isoform, Cdw52 (Campath antigen), CD56, CD58, CD69, CD72, CTLA- 4, LFA-1 and TCR),
Histocompatibility antigens (eg, MHC class I or MHC class II antigen, Lewis Y antigen, SLex, SLey, SLea and SLeb);
Integrins (eg, VLA-1, VLA-2, VLA-3, VLA-4, VLA-5, VLA-6 and LFA-1);
Adhesion molecules (eg, Mac-1 and p150, 95);
Selectins (eg L-selectin, P-selectin and E-selectin and their corresponding receptors VCAM-1, ICAM-1, ICAM-2 and LFA-3);
Interleukins (eg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-10, IL-11, IL-12, IL -13, IL-14 and IL-15);
Interleukin receptors (eg, IL-1R, IL-2R, IL-4R, IL-5R, IL-6R, IL-7R, IL-8R, IL-10R, IL-11R, IL-12R, IL-13R, IL-14R and IL-15R);
Chemokines (eg, PF4, RANTES, MIP1α, MCP1, NAP-2, Groα, Groβ and IL-8);
Growth factors (eg, TNFα, TGFβ, TSH, VEGF / VPF, PTHrP, EGF family, EGF, PDGF family, endothelin and gastrin releasing peptide (GRP));
Growth factor receptors (eg, TNFαR, RGFβR, TSHR, VEGFR / VPFR, FGFR, EGFR, PTHrPR, PDGFR family, EPO-R; GCSF-R and other hematopoietic receptors;
Interferon receptors (eg, IFNαR, IFNβR and IFNγR);
Ig and their receptors (eg, IgE, FceRI and FceRII);
Blood factors (eg complement C3b, complement C5a, complement C5b-9, Rh factor, fibronectin, fibrin and myelin related growth inhibitors).
[0137]
The protein component of the formulations and compositions of the present invention can be any natural protein antigen, synthetic protein antigen or recombinant protein antigen, eg, tetanus toxin, diphtheria toxin, viral surface protein (eg, CMV sugar) Protein B, H and gCIII, HTV-1 envelope glycoprotein, RSV envelope glycoprotein, HSV envelope glycoprotein, EBV envelope glycoprotein, VZV envelope glycoprotein, HPV envelope glycoprotein, influenza virus glycoprotein, hepatitis family surface antigen), Includes viral structural proteins, viral enzymes, parasitic proteins, parasitic glycoproteins, parasitic enzymes as well as bacterial proteins.
[0138]
Also included are tumor antigens such as her2-neu, mucin, CEA and endosialin. Allergens such as house dust mite antigen, lol p1 (grass) antigen and urushiol are included.
[0139]
Toxins such as Pseudomonas endotoxin and osteopontin / uropontin, snake venom and bee venom.
[0140]
Glycoprotein tumor associated antigens (eg carcinoembryonic antigen (CEA), human mucin, her-2 / neu and prostate specific antigen (PSA) [RA Henderson and OJ Finn, Advances in Immunology, 62, 217 -56 (1996)]).
[0141]
(Administration and biological delivery)
To date, therapeutic proteins have generally been administered by frequent injections due to their negligible oral bioavailability and short survival in plasma. The protein crystal formulations and compositions of the present invention include a microparticle-based sustained release system for protein drugs, which advantageously allows for improved patient compliance and convenience, more stable blood levels and a reduced potential dose. The slow and consistent release capability of the present invention can advantageously reduce dosage. This is due to more efficient delivery of the active protein. Significant cost savings can be achieved using the protein formulations and compositions described herein.
[0142]
Formulations and compositions comprising protein crystals in a polymer delivery carrier according to the present invention are also any convention used in vaccines, pharmaceuticals, personal medical formulations and compositions, veterinary formulations, or oral enzyme supplements. A typical carrier or adjuvant may be included. These carriers and adjuvants include, for example, Freund's adjuvant, ion exchanger, alumina, aluminum stearate, lecithin, buffer (phosphate), glycine, sorbic acid, potassium sorbate, a partial glyceride mixture of saturated vegetable fatty acids, Examples include water, salts or electrolytes (eg, protamine sulfate), disodium hydrogen phosphate, sodium chloride, zinc salts, colloidal silica, magnesium, trisilicates, cellulose-based materials, and polyethylene glycols. Adjuvants for topical or gel-based forms include, for example, sodium carboxymethylcellulose, polyacrylates, polyoxyethylene-polyoxypropylene-block polymers, polyethylene glycols and tree wax alcohols.
[0143]
In accordance with one embodiment of the invention, the protein crystals can be combined with any conventional material used for controlled release administration (including pharmaceutical controlled release administration). Such materials include, for example, coatings, shells and films (eg, enteric coatings and polymer coatings and films).
[0144]
The protein formulation in the polymer delivery carrier and composition (composition) according to the present invention can be a device such as an implantable device and can be a particulate protein delivery system.
[0145]
In one embodiment of the invention, the polymer crystal has the longest dimension between about 0.01 μm and about 500 μm, or between about 0.1 μm and about 100 μm. The most preferred embodiment is that the protein crystals of the protein crystal formulation component are between about 50 μm and about 100 μm in their longest dimension. Such crystals may have a shape selected from the group consisting of spherical, needle-like, rod-like, plate-like (eg, pentagonal and square), rhombus, cubic, bipyramids and columnar.
[0146]
In accordance with the present invention, the encapsulation of a protein crystal or protein crystal formulation in a polymer carrier to make a composition can be performed on cross-linked or non-cross-linked protein crystals. Such protein crystals are either commercially available or can be generated as exemplified herein.
[0147]
Protein or nucleic acid crystals or crystal formulations and compositions according to the present invention are cosmetic (eg creams, lotions, emulsions, foams, detergents, compacts, gels, mousses, slurries, powders, sprays, pastes, ointments, It can be used as an ingredient in personal medical compositions including salves, salves, drops, shampoos and sunscreens. For example, in topical creams and lotions, they can be used as humectants or to protect, soften, decolorize, cleanse, deproteinize, remove lipids, moisten, bleach, color or detoxify the skin. They can also be used as antioxidants in cosmetics.
[0148]
In accordance with the present invention, any individual (including humans, animals and plants) may be pharmaceutically effective amounts of protein or nucleic acid crystals for a period sufficient to treat the condition in the individual administered for a period of time. Alternatively, it can be treated in a pharmaceutically acceptable manner with a crystalline formulation or crystalline composition. Alternatively, an individual can receive a prophylactically effective amount of a protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or composition of the invention that is effective to prevent the condition in the individual being administered over a period of time.
[0149]
Protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions may be used alone or as part of a pharmaceutical preparation, personal medical preparation or veterinary preparation with or without adjuvant, or prophylactic preparation Can be administered as part of a product (eg, a vaccine). They can be administered by parenteral or oral routes. For example, they can be administered by oral, pulmonary, nasal, otic, anal, cutaneous, ocular, intravenous, intramuscular, intraarterial, intraperitoneal, mucosal, sublingual, subcutaneous, or intracranial routes. In either pharmaceutical, personal therapeutic or veterinary applications, protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions can be administered locally to any epithelial surface. Such epithelial surfaces include the mouth, eye, ear, anus and nasal surfaces, which can be treated, protected, repaired or detoxified by application of protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions.
[0150]
Pharmaceutical, personal therapeutic, veterinary or prophylactic formulations and compositions comprising protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions according to the invention are also tablets, liposomes, granules, spheres, microparticles, microspheres And can be selected from the group consisting of capsules.
[0151]
For such uses, and other uses according to the present invention, protein or nucleic acid crystals or crystal formulations and compositions can be formulated into tablets. Such tablets are composed in a liquid-free, dust-free form for storage of protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions that are easy to handle and retain an acceptable level of activity or capacity. The
[0152]
Alternatively, the protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition can be in a variety of convenient storage forms used for administration to provide the reaction composition. These include, for example, solid, semi-solid and liquid forms (eg, liquid solutions or suspensions, chillers, gels, creams, balms, emulsions, lotions, powders, sprays, foams, pastes, ointments, ointments ( salve), balm and drop).
[0153]
A protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition according to the invention may also include any conventional carrier or adjuvant used in pharmaceutical, personal medical or veterinary formulations. These carriers and adjuvants include, for example, Freund's adjuvant, ion exchangers, alumina, aluminum stearate, lecithin, buffer (phosphate), glycine, sorbic acid, potassium sorbate, partial glyceride mixtures of vegetable saturated fatty acids Water, salts or electrolytes (eg, protamine sulfate), disodium hydrogen phosphate, sodium chloride, zinc salts, colloidal silica, magnesium, trisilicates, cellulose-based materials and polyethylene glycols. For topical or gel-based forms, adjuvants may include, for example, carboxymethylcellulose, polyacrylates, polyoxyethylene-polyoxypropylene-block polymers, polyethylene glycols and tree wax alcohols.
[0154]
The most effective dosage forms and dosing regimes of the protein or nucleic acid crystals or crystal formulations or crystal compositions of the present invention are the desired effect, previous treatment (if any), the health condition of the individual or the condition of the symptoms themselves, and Depends on the response to the protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or composition and the judgment of the treating physician or clinician. The protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition is acceptable for pharmaceutical, vaccination, gene therapy, immunotherapy, personal medical composition or veterinary formulation at a point in time or over a series of treatments Can be formulated in any dosage form.
[0155]
The amount of protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition that provides a single dose will vary depending on the particular mode of administration, formulation, dosage level or frequency of administration. A typical preparation comprises between about 0.01% and about 99%, preferably between about 1% and about 50% protein or nucleic acid crystals (W / W). Alternatively, the preparation comprises between about 0.01% and about 80% protein crystals, preferably between about 1% and about 50% protein crystals (W / W). Alternatively, the preparation comprises between about 0.01% and about 80% protein crystal formulation, preferably between about 1% and about 50% protein crystal formulation (W / W).
[0156]
In improving an individual's condition, a maintenance dose of a protein or nucleic acid crystal or crystal formulation or crystal composition can be administered if necessary. Subsequently, the dosage or frequency of administration, or both, can be reduced as a function of symptoms to a level at which an improved condition is maintained. If symptoms are relieved to the desired level, treatment should be stopped. However, individuals may require intermittent treatment on a long-term basis based on any recurrence of their condition or symptoms.
[0157]
(Production of crystals, crystal formulations, and crystal compositions)
In accordance with one embodiment of the present invention, crystals, crystal formulations, and crystal compositions are prepared by the following steps: First, a protein or nucleic acid is crystallized. Next, excipients or ingredients selected from sugars, sugar alcohols, viscosity increasing agents, wetting or solubilizing agents, buffer salts, emulsifiers, antibacterial agents, antioxidants, and coatings are directly applied to the mother liquor. Added. Alternatively, the crystals are suspended in the excipient solution for a minimum of 1 hour to a maximum of 24 hours after the mother liquor is removed. The excipient concentration is typically about 0.01-30% weight / weight. Most preferably, it is about 0.1 to 10%. The component concentration is about 0.01 to 90%. The crystal concentration is about 0.01 to 95%. The mother liquor is then removed from the crystal slurry, either by filtration or by centrifugation. Subsequently, using a solution of 50-100% of one or more organic solvents (such as ethanol, methanol, isopropanol, or ethyl acetate), optionally at room temperature or a temperature of −20 ° C. to 25 ° C. Wash the crystals with either The crystals are dried by passing either a stream of nitrogen, air or inert gas over the crystals. Alternatively, the crystals are dried by air drying, by freeze drying, or by vacuum drying. This drying is carried out for a minimum of 1 hour up to a maximum of 72 hours after washing until the moisture content of the final product is less than 10% weight, most preferably less than 5%. Finally, if necessary, crystal micronization can be performed.
[0158]
When preparing protein crystals, protein crystal formulations or protein crystal compositions according to one embodiment of the invention, enhancers (eg, surfactants) are not added during crystallization. The excipient or component is crystallized at a concentration of about 1-10% weight / weight, alternatively about 0.1-25% weight / weight, alternatively about 0.1-50% weight / weight. It is added to the mother liquor after conversion. The excipient or component is incubated with the crystals in the mother liquor for about 0.1 to 3 hours. Alternatively, this incubation is performed for 0.1-12 hours. Alternatively, this incubation is performed for 0.1 to 24 hours.
[0159]
In another embodiment of the invention, the component or excipient is dissolved in a solution other than the mother liquor, and the protein crystals are removed from the mother liquor and suspended in the excipient solution or component solution. Ingredient or excipient concentrations and incubation times are the same as those described above.
[0160]
(Slow release form and sustained release vaccine)
In another embodiment of the invention, encapsulation of the lipase in a polymer carrier provides a composition useful for treating patients suffering from intestinal lipase deficiency. Such patients include patients with pancreatic fatty stool. This is because progressive pancreatic dysfunction requires oral lipase supplementation. Unfortunately, current therapies protect active lipase while moving through the gastrointestinal tract and release it in the small intestine where it is clinically required. It cannot be sufficiently adaptive (see L. Guarner et al., “Fate of oral enzymes in pancreatic insufficiency”, Gut, 34, 708-712 (1993)). The adaptability of the present invention in preparing slowly effective active lipases solves the current problems often associated with lipase supplementation. According to one embodiment of the present invention, the combination of encapsulated lipase crystals (composition) with non-encapsulated cross-linked lipase crystals or non-encapsulated cross-linked lipase formulations provides a drug therapy regimen. In this pharmacotherapy regimen, enzyme activity is available early from unencapsulated cross-linked lipase. As this material undergoes proteolytic degradation, the encapsulated enzyme (composition) begins to release enzyme activity into the more distal gut. Similar strategies can be used to solve the problem of supplementing other enzymes or therapeutic proteins.
[0161]
The present invention also includes other sustained release methodologies, such as silicon-based rings or rods preloaded with encapsulated protein crystals comprising hormones, antibodies or enzymes, or compositions containing them. )) Can be used. The purpose of the technology of the present invention is to provide a constant level of protein in the bloodstream over a period of weeks or months. Such implants can be inserted into the skin and can be safely replaced and removed when needed.
[0162]
Other formulations and compositions according to the invention include vaccine formulations and compositions comprising protein (antigen) crystals, adjuvants, and encapsulating polymers. The protein antigen is a viral glycoprotein, viral structural protein, viral enzyme, bacterial protein, or some engineered homologue of a viral or bacterial protein, or any immune enhancing protein (eg, cytokine) obtain. One embodiment of such a formulation or composition includes a single vaccine injection containing microspheres having three or more different release profiles. In this manner, the antigen formulation or antigen composition can be released for a duration sufficient to generate lasting immunity. Depending on the formulation or composition, multiple antigen boosts may be in a single unit form. Faster degradation preparations (compositions) can include immunogenic adjuvants to enhance the immune response. One advantage of such a system is that by using protein crystals, the native three-dimensional structure of this epitope is maintained and presented to the immune system in their native form.
[0163]
Once the immune system is primed, the need for an adjuvant effect can be reduced. Thus, less slowly antigenic adjuvants may be included in more slowly degrading inoculations, and perhaps no adjuvant may be needed in the most slowly degrading microspheres of this formulation and composition. . In this manner, the remote patient population need not be treated multiple times to provide protection against infectious diseases. Those skilled in the art of biological delivery of proteins recognize that many modifications to this theme are possible. Accordingly, the examples provided herein are not intended to limit the invention.
[0164]
In another embodiment of the invention, a combination vaccine can be produced, which induces immunity against multiple diseases with a single injection. As noted above, microspheres with different release profiles can be combined alone or in formulations and compositions. And this can include microspheres containing antigens from multiple pathogens to produce a combination vaccine (formulation and composition). For example, microspheres having multiple release profiles and containing antigenic crystals of measles, mumps, rubella, polio, and hepatitis B factors can be combined and administered to children. Alternatively, microspheres having multiple release profiles and containing different isolates of HIV gp120 can be combined to produce a vaccine for HIV-1 or HIV-2.
[0165]
Another advantage of the present invention is that protein crystals encapsulated in a polymer carrier and forming a composition containing microspheres can be dried by a lyophilization method. Lyophilization (ie, freeze-drying) separates moisture from the composition. The protein crystal composition is first frozen and then placed under high vacuum. Under vacuum, the crystalline H2O sublimes, leaving a protein crystal composition containing only a small amount of bound water. Such a process further stabilizes the composition and allows for easier storage and transport at ambient temperatures typically encountered.
[0166]
This feature is particularly desirable for therapeutic proteins and vaccines that can be dispensed into any desired increment of a single dose, such as a single dose sterile container ("ampoule"), or slurry, in a formulation or composition. The ampule containing the dispensed slurry, formulation or composition can then be capped, batch frozen, and lyophilized under sterile conditions. Such sterile containers can be transported throughout the world and stored at ambient temperature. Such systems are useful for providing sterile vaccines and therapeutic proteins to remote locations and undeveloped areas of the world. At the time of use, the ampoule is rehydrated and dosed with a selected sterile solvent or sterile buffer. Under this scenario, minimal refrigeration or no refrigeration is required.
[0167]
(Protein crystallization)
Protein crystals are generated by controlled protein crystallization from aqueous solutions or aqueous solutions containing organic solvents. Solution conditions that can be controlled include, for example, solvent, organic solvent evaporation rates, the presence of appropriate co-solutes and buffers, pH and temperature. A comprehensive review of various factors affecting protein crystallization can be found in McPherson, Methods Enzymol. 114, pages 112-20 (1985).
[0168]
McPherson and Gilland, J.M. Crystal Growth, 90, pages 51-59 (1988) compiles a comprehensive list of crystallized proteins and nucleic acids and the conditions under which they were crystallized. An overview of crystals and crystallization formulations, as well as a collection of elucidated protein and nucleic acid structure coordinates, can be found at Brookhaven National Laboratory's Protein Data Bank (http://www.pdb.bnl.gov; Bernstein et al., J. Mol. Biol. 112, pp. 535-42 (1977)). These references can be used as a prelude to the formation of appropriate protein crystals to determine the conditions required for protein crystallization and can lead to crystallization strategies for other proteins. Alternatively, in many cases, appropriate crystallization conditions can be created by intelligent trial and error research strategies, provided that acceptable levels of purity can be achieved for many proteins (eg, C W. Carter, Jr. and C. W. Carter, J. Biol. Chem., 254, pages 12219-23 (1979)).
[0169]
In general, crystals are produced by combining the protein to be crystallized with an appropriate aqueous solvent or an aqueous solvent containing an appropriate crystallization factor (eg, a salt or organic solvent). The solvent is combined with the protein and subjected to stirring at a temperature that has been experimentally determined to be suitable for inducing crystallization and acceptable for maintaining the activity and stability of the protein. obtain. The solvent can optionally include coexisting solutes (eg, divalent cations, cofactors, or chaotropes), and buffer species to control pH. The need for coexisting solutes and their concentrations are determined experimentally to promote crystallization.
[0170]
It is important to distinguish between amorphous precipitates and crystalline materials. Crystalline material is the solid state form of the material, which is different from the amorphous solid state. Crystals exhibit characteristic properties including lattice structures, characteristic shapes, and optical characteristics (eg, refractive index and birefringence). A crystal consists of atoms arranged in a pattern that repeats periodically in three dimensions. In contrast, an amorphous material is an amorphous solid state of the material, sometimes referred to as an amorphous precipitate. Such precipitates do not have any molecular lattice structure characteristic of the crystalline solid state and do not exhibit birefringence or other spectroscopic features typical of the crystalline form of the material.
[0171]
In industrial scale processes, controlled precipitation leading to crystallization is best performed by simply combining proteins, precipitants, co-solutes, and optionally buffers in batch processes. obtain. As another option, the protein can be crystallized by using a protein precipitate as a starting material. In this case, the protein precipitate is added to the crystallization solution and incubated until crystal formation. Alternative laboratory crystallization methods (eg, dialysis or diffusion deposition) can also be employed. McPherson (supra) and Gilland (supra) include a comprehensive list of suitable conditions in their review of the crystallization literature.
[0172]
Occasionally, where the crystallized protein is to be cross-linked, incompatibility between the intended cross-linking agent and the crystallization medium may necessitate exchanging the crystals for a more suitable solvent system.
[0173]
Many proteins for which crystallization conditions have already been described can be used to prepare protein crystals according to the present invention. However, it is noted that the conditions reported in most of the references cited above are often optimized to produce slightly larger diffraction quality crystals. Should. Therefore, some adjustment of these conditions may be required to provide a high yield process for large scale production of fewer crystals used in making the protein crystals of the present invention. Will be recognized by those skilled in the art.
[0174]
(Crosslinking protein crystals)
According to one embodiment of the invention, for example, the rate of protein release from the polymer carrier (composition) can be slow and using a crosslinker (such as a biocompatible crosslinker). Can be controlled by the use of chemically cross-linked protein crystals. Thus, once protein crystals are grown in a suitable medium, they can be cross-linked.
[0175]
Crosslinking can be performed using a reversible crosslinker (in parallel or sequentially). The resulting cross-linked protein crystals are characterized by a reactive multi-functional linker. The trigger is taken as another group. Reactive functionalities are involved in binding reactive amino acid side chains of proteins together, and triggers can affect one or more conditions (eg, pH, temperature, or thermodynamics) of the surrounding environment. It consists of bonds that can be broken by changing the activity of the water. This is illustrated as follows:
XYZ + 2AA residue-> AA1-X-Y-Z-AA2
Environmental changes ---> AA1-X + Y-Z-AA2
-Where X and Z are groups having reactive functional groups;
-Where Y is the trigger,
-Where AA1And AA2Indicates reactive amino acid residues on the same protein or on two different proteins. The bond between the crosslinker and the protein can be a covalent bond, an ionic bond, or a hydrogen bond. Changes in the surrounding environment result in cleavage of the trigger bond and dissociation of the protein. Therefore, when the crosslink in the protein crystal crosslinked with such a reversible crosslinker breaks, the protein crystal dissociates and thus loses activity.
[0176]
Alternatively, the crosslinker and trigger reactive functional groups may be the same as follows:
X-Z + 2AA residue-> AA1-XZ-AA2
Environmental changes ---> AA1 + X-Z-AA2.
[0177]
The crosslinker can be a homologous functional group (X = Y) or a heterogeneous functional group (X is not the same as Y). The reactive functional groups X and Y can be, but are not limited to, the following functional groups (where R, R ′, R ″ and R ′ ″ can be alkyl groups, aryl groups or hydrogen groups): :
I. Reactive acyl donors are exemplified by: carboxylate ester RCOOR ', amide RCONHR', acyl azide RCONThree, Carbodiimide R—N═C═N—R ′, N-hydroxyimide ester RCO—O—NR ′, imido ester R—C═
[0178]
II. Reactive carbonyl groups are exemplified by: aldehyde RCHO, and ketone RCOR ', acetal RCO (H2) R ', Ketal RR'CO2R'R ". Reactive carbonyls containing functional groups known to those skilled in the art of protein immobilization and cross-linking are described in the following literature [Pierce Catalog and Handbook, Pierce Chemical Company, Rockford, Illinois (1994) SS Wong, Chemistry of Protein Conjugation and Cross-Linking, CRC Press, Boca Raton, Florida (1991)].
[0179]
III. Alkyl or aryl donors are exemplified by: alkyl halides or aryl halides R-Hal, azide RNThree, Sulfate ester RSOThreeR ', phosphate ester RPO (OR'Three), Alkyloxonium salts RThreeO +, sulfonium RThreeS +, nitrate ester RONO2Michael acceptor RCR '= CR' "COR", fluorinated aryl ArF, isonitrile
[0180]
[Chemical 1]
Haloamine R2N-Hal, alkene and alkyne.
[0181]
IV. Sulfur-containing groups are exemplified by: disulfide RSSR ', sulfhydryl RSH, epoxide
[0182]
[Chemical 2]
V. Salts are exemplified by: alkyl ammonium salts or aryl ammonium salts RFourN +, carboxylate RCOO-, sulfate ROSOThree-, Phosphate ROPOThreeAnd Amine RThreeN.
[0183]
Table 1 below gives examples of triggers organized by the release mechanism. In Table 1, R = is a multifunctional cross-linking agent, which can be alkyl, aryl, or other chain with an active group that can react with the protein to be cross-linked. These reactive groups can be any of a variety of groups (eg, groups that are sensitive to nucleophilic substitution, free radical substitution, or electrophilic substitution, particularly including halides, aldehydes, carbonates, urethanes, xanthan, epoxides). possible.
[0184]
[Table 1]
Further examples of reversible crosslinkers are described in T.W. W. Green, Protective Groups in Organic Synthesis, John Wiley and Sons (ed.) (Ed.) (1981). Any of a variety of strategies for use with reversible protecting groups can be introduced into a crosslinker suitable for the production of cross-linked protein crystals capable of reversible controlled solubilization. Various approaches are listed in a review by Waldmann on this subject (Angewante Chemie Inl. Ed. Engl. 35, 2056 (1996)).
[0185]
Another type of reversible crosslinker is a disulfide bond-containing crosslinker. The trigger break bridge formed by such a crosslinker is the addition of a reducing agent (eg, cysteine) to the crosslinked protein crystal environment.
[0186]
Disulfide crosslinkers are described in Pierce Catalog and Handbook (1994-1995), and more recently, G. T.A. “Bioconjugate Techniques” by Hermanson, (1996), Academic Press, Division of Harcourt Brace and Company, 525 B Street, Suite 1990, San Diego, CA 9210144.
Examples of such crosslinkers include the following:
(Same bifunctionality (symmetry))
(DSS) -dithiobis (succinimidyl propionate), also known as Lomant agent
(DTSSP) -3-3'-dithiobis (sulfosuccinimidylpropionate), a water soluble version of DSP
(DTBP) -dimethyl 3,3'-dithiobispropionimidate.HCl.
(BASED) -bis- (β- [4-azidosalicylamino] ethyl) disulfide
(DPDPB)-1,4-di- (3 '-[2'-pyridyldithio] -propionamido) butane
(Heterogeneous bifunctional (asymmetric))
(SPDP) -N-succinimidyl-3- (2-pyridyldithio) propionate
(LC-SPDP) -succinimidyl-6- (3- [2-pyridyldithio] propionate) hexanoate
(Sulfo-LC-SPDP) -sulfosuccinimidyl-6- (3- [2-pyridyldithio] propionate) hexanoate, a water-soluble version of LC-SPDP
(APDP) -N- (4- [p-azidosalicylamido] butyl) -3 '-(2'-pyridyldithio) propionamide
(SADP) -N-succinimidyl (4-azidophenyl) 1,3'-dithiopropionate
(Sulfo-SADP) -sulfosuccinimidyl (4-azidophenyl) 1,3'-dithiopropionate, a water-soluble version of SADP
(SAED) -sulfosuccinimidyl-2- (7-azido-4-methylcoumarin-3-acetamido) ethyl-1,3 'dithiopropionate
(SAND) -sulfosuccinimidyl-2- (m-azido-o-nitrobenzamido) ethyl-1,3'-dithiopropionate
(SASD) -sulfosuccinimidyl-2- (p-azidosalicylamido) ethyl-1,3'-dithiopropionate
(SMPR) -succinimidyl-4- (p-maleimidophenyl) butyrate
(Sulfo-SMPR) -sulfosuccinimidyl-4- (p-maleimidophenyl) butyrate
(SMPT) -4-succinimidyloxycarbonyl-methyl-α- (2-pyridylthio) toluene
(Sulfo-LC-SMPT) -sulfosuccinimidyl-6- (α-methyl-α- (2-pyridylthio) toluamide) hexanoate.
[0187]
For details, see G. T.A. Hermanson, (1996), Academic Press, Division of Harcourt Brace & Company, 525 B Street, Suite 1900, San Diego, according to the CA 92101-4495 of "Bioconjugate Techniques", Zero-length Cross-linkers, Homobifunctional Cross-linkers and Heterobifunctional See Section II, Section 3-5 of Cross-linkers.
[0188]
Crosslinked protein crystals useful for the formation of the proteins of the invention can also be prepared according to the methods set forth in PCT patent application PCT / US91 / 05415.
[0189]
(Encapsulation of protein crystals in polymer carrier)
According to one embodiment of the invention, the compositions are those native when they are encapsulated with a matrix of polymer carriers such that the protein crystals are in microsphere form upon encapsulation in at least one polymer carrier. Generated to preserve tertiary structure and biologically active tertiary structure. Crystals can be encapsulated using a variety of biocompatible and / or biodegradable polymers with unique properties suitable for delivery to different biological environments or for effecting specific functions. Thus, the dissolution rate and delivery rate of the active protein depends on the specific encapsulation technique, polymer composition, polymer cross-linking, polymer thickness, polymer solubility, relative position and extent of protein crystals, and protein crystal cross-linking, if any. Is determined by the relative position and degree.
[0190]
The protein crystal or formulation to be encapsulated is suspended in a polymer carrier dissolved in an organic solvent. After the polymer solution is added to the solution, it must be concentrated to a concentration sufficient to completely coat the protein crystals or formulation. Such an amount is an amount that provides a weight ratio of protein crystals to polymer between about 0.02 and about 20, preferably between about 0.1 and about 2. The protein crystals are contacted with the polymer in solution for a time between about 0.5 minutes and about 30 minutes, preferably between about 1 minute and about 3 minutes. The crystals should remain suspended and cannot be agglomerated because the crystals are coated by contact with the polymer.
[0191]
After that contact, the crystals are coated and are called nascent microspheres. New born microspheres increase in size while filming occurs. In a preferred embodiment of the invention, the coated crystals or nascent microspheres suspended with a polymer carrier and an organic solvent are transferred to a large volume of aqueous solution containing a surfactant known as an emulsifier. In this aqueous solution, the suspended nascent microspheres are immersed in the aqueous phase, where the organic solvent is allowed to evaporate or diffuse out of the polymer. Eventually, the polymer is no longer soluble and reaches a point where it forms a precipitated phase that encapsulates the protein crystals or formulation to form the composition. This aspect of the process is referred to as polymer carrier or polymer curing. The emulsifier helps to reduce the surface tension of the interface between the various phases of the material in the system during the curing phase process. Alternatively, if the coating polymer has some inherent surface activity, it is not necessary to add another surfactant.
[0192]
Emulsifiers useful for preparing encapsulated protein crystals in accordance with the present invention include those exemplified herein that can reduce the surface tension between the polymer-coated protein crystals or polymer-coated crystal formulation and the solution. Poly (vinyl alcohol), surfactants and other surfactants.
[0193]
Organic solvents useful for preparing the microspheres of the present invention include methylene chloride, ethyl acetate, chloroform and other non-toxic solvents, depending on the properties of the polymer. A solvent that dissolves the polymer and is ultimately non-toxic should be selected.
[0194]
A preferred embodiment of the present invention is that the crystallinity of the protein crystals is maintained during the encapsulation process. Crystallinity is maintained using an organic solvent during the coating process (where the crystals are not soluble). Subsequently, once the coated crystals are transferred to an aqueous solvent, rapid curing of the polymer carrier in the previous step and sufficient coating of the crystals protects the crystalline material from dissolution. In other embodiments, the use of cross-linked protein crystals facilitates the maintenance of crystallinity in both aqueous and organic solvents.
[0195]
The polymer used as a polymer carrier to coat protein crystals can be either a homopolymer or a copolymer. The hydrolysis rate of microspheres is largely determined by the hydrolysis rate of the individual polymer species. In general, the hydrolysis rate decreases as follows: polycarbonate> polyester> polyurethane> polyorthoester> polyamide. For a review of biodegradable and biocompatible polymers, see W.W. R. Gombotz and D.W. K. See Pettit, “Biodegradable polymers for protein and peptide drug delivery”, Bioconjugate Chemistry, Vol. 6, pages 332-351 (1995).
[0196]
In a preferred embodiment, the polymer carrier consists of a single polymer type such as PLGA. In the next preferred embodiment, the polymer carrier can be a mixture of polymers such as 50% PLGA and 50% albumin.
[0197]
Other polymers useful as polymer carriers for preparing encapsulated protein crystals according to the present invention include biocompatible / biodegradable polymers selected from the group consisting of: poly (acrylic acid), poly (Cyanoacrylate), poly (amino acid), poly (anhydride), poly (depsipeptide), poly (ester) (eg, poly (lactic acid) or PLA), poly (b-hydroxybutyric acid), poly (caprolactone) and poly (Dioxanone); poly (ethylene glycol), poly (hydroxypropyl) methacrylamide, poly [(organo) phosphazene], poly (orthoester), poly (vinyl alcohol), poly (vinyl pyrrolidone), maleic anhydride Alkyl vinyl ether copolymer, pl onic polyols, albumin, alginate, cellulose and cellulose derivatives, collagen, fibrin, gelatin, hyaluronic acid, oligosaccharides, glyceryl Camino glycans (glycaminoglycan), sulfated polysaccharide, mixtures thereof and copolymers. Other useful polymers are described in J. Org. Heller and R.W. W. Baller, “Theory and Practice of Controlled Drug Delivery from Biodegradable Polymers” Academic Press, New York, NY, (1980); C. R. Lehman and D.M. K. Dreher, Pharmaceutical Technology Volume 3, page 5- (1979); M.M. Ramadan, A .; El-Helw and Y.W. El-Said, Journal of Microencapsulation, Volume 5, page 125 (1988). Preferred polymers depend on the specific protein component of the protein crystals used and the intended use of the encapsulated crystals (formulations and compositions). Alternatively, solvent evaporation techniques can be used to encapsulate protein crystals (see D. Babay, A. Hoffmann and S. Benita, Biomaterials 9, 482-488 (1988)).
[0198]
In a preferred embodiment of the present invention, protein crystals are prepared using a polymer such as polylactic acid-co-glycolic acid using a double emulsion method (exemplified herein). Encapsulated in at least one polymer carrier. In the most preferred embodiment of the invention, the polymer is polylactic-co-glycolic acid (“PLGA”). PLGA is a copolymer prepared by a polycondensation reaction of lactic acid (“L”) and glycolic acid (“G”). Various ratios of L and G can be used to adjust the crystallinity and hydrophobicity of the PLGA polymer. The higher crystallinity of the polymer results in slower dissolution. PLGA polymers with 20-70% G content tend to be amorphous solids, but high levels of either G or L result in excellent polymer crystallinity. More information on the preparation of PLGA can be found in K. Gilding and A.M. M.M. See Reed, “Biodegradable polymers for use in surgery-poly (glycic) / poly (lactic acid) homo and copolymers: 1”,
[0199]
In another embodiment, double-walled polymer-coated microspheres can be beneficial. Double layer polymer-coated microspheres can be produced by preparing two separate polymer solutions in methylene chloride or other solvent that can dissolve the polymer. Protein crystals are added to one side of this solution and dispersed. Here, the protein crystal is coated with a first polymer. The solution containing protein crystals coated with the first polymer is then mixed with the second polymer solution. (See Pekarek, KJ; Jacob, JS, and Mathiowitz, E. Double-walled polymer microspheres for controlled drug release, Nature, 367, 258-260). This time, the second polymer encapsulates the first polymer encapsulating the protein crystals. Ideally, this solution is then dropped into a larger volume of aqueous solution containing a surfactant or emulsifier. In aqueous solution, the solvent is evaporated from the two polymer solutions and precipitates the polymer.
[0200]
The above steps may be performed using either protein crystals, DNA crystals or RNA crystals from any of these formulations to produce a composition.
[0201]
The formulation according to the invention comprises protein crystals and at least one component. Such formulations are characterized by an expiration date that is at least 60 times longer than the soluble form of this protein in solution at 50 ° C. when stored at 50 ° C. (T1/2When measured by). Alternatively, such a formulation, when stored at 40 ° C. and 75% humidity, is at least 59 times longer than the non-formulated form of this protein crystal stored at 40 ° C. and 75% humidity. Characterized by an expiration date (T1/2When measured by). Alternatively, such a formulation is characterized by a shelf life of at least 60% longer when stored at 50 ° C. than the non-formulated form of the protein crystals stored at 50 ° C. (T1/2When measured by). Alternatively, such formulations are characterized by a loss of less than 20% of the α-helix structure content of the protein after storage at 50 ° C. for 4 days, wherein the soluble form of the protein is 50 After storage at 6 ° C. for 6 hours, the protein loses the α-helix structure content by more than 50% (as measured by FTIR). Alternatively, such formulations may be characterized by less than 20% loss of the protein's α-helical structure content after storage at 50 ° C. for 4 days, wherein the soluble form of the protein is After storage for 6 hours at 50 ° C., the α-helix structure content of the protein is lost by more than 50% (as measured by FTIR), and such formulations are now at 50 ° C. When stored, it is characterized by an expiration date that is at least 60 times longer than the soluble form of this protein in solution at 50 ° C. (T1/2When measured by).
[0202]
The composition according to the invention comprises one of the above protein crystal formulations and at least one polymer carrier, wherein the formulation is encapsulated in a matrix of the polymer carrier.
[0203]
Alternatively, the composition according to the invention comprises a formulation of protein crystals and at least one component. Such a composition, when stored at 50 ° C., can be characterized by an expiration date that is at least 60 times longer than the soluble form of this protein in a 50 ° C. solution (T1/2When measured by). Alternatively, such a composition, when stored at 40 ° C. and 75% humidity, is at least 59 times longer than the non-formulated form of this protein crystal stored at 40 ° C. and 75% humidity. Characterized by an expiration date (T1/2When measured by). Alternatively, such compositions are characterized by an expiration date that is at least 60% longer when stored at 50 ° C. than non-formulated forms of the protein crystals stored at 50 ° C. (T1/2When measured by). Alternatively, such compositions are characterized by a loss of less than 20% of the α-helical structure content of the protein after storage at 50 ° C. for 4 days, wherein the soluble form of the protein is 50 After storage at 6 ° C. for 6 hours, the protein loses the α-helix structure content by more than 50% (as measured by FTIR). Alternatively, such a composition may be characterized by less than 20% loss of the protein's α-helical structure content after storage at 50 ° C. for 4 days, wherein the soluble form of the protein is After being stored at 50 ° C. for 6 hours, the α-helix structure content of the protein was lost by more than 50% (as measured by FTIR), and now the formulation was stored at 50 ° C. When it is characterized by a shelf-life of at least 60 times longer than the soluble form of this protein in solution at 50 ° C. (T1/2When measured by).
[0204]
In order that the present invention may be better understood, the following examples are set forth. These examples are for illustrative purposes only and cannot be construed to limit the scope of the invention in any manner.
[0205]
(Example)
(Example 1 Lipase)
(Candida rugosa lipase crystallization)
material:
A-Candida rugosa lipase powder
B-Celite powder (diatomaceous earth)
C-MPD (2-methyl-2,4-pentadiol)
D-5 mM Ca acetate buffer pH 4.6
E-deionized water.
[0206]
(procedure)
An aliquot of 1 kg of lipase powder was mixed well with 1 kg of celite, then 22 L of distilled water was added. The mixture was stirred to dissolve the lipase powder. After dissolution was complete, the pH was adjusted to 4.8 using acetic acid. The solution was then filtered to remove celite and undissolved material. The filtrate was then pumped using a 30K cut-off hollow fiber to remove all proteins with a molecular weight of less than 30 kD. Distilled water was added and the lipase filtrate was pumped with hollow fibers until the conductivity of the retentate was equal to the conductivity of the distilled water. At this point, the addition of distilled water was stopped and 5 mM Ca-acetate buffer was added. The Ca-acetate buffer was then delivered by hollow fiber pumping until the residue conductivity was equal to the Ca-acetate buffer conductivity. At that point, buffer addition was stopped. The lipase solution was concentrated to a 30 mg / ml solution. The crystallization was initiated by gently pumping the lipase solution into the lipase solution while stirring the MPD. The addition of MPD was continued until MPD reached 20% volume / volume. The mixture was stirred for 24 hours or until 90% of the protein crystallized. The resulting crystals were washed with a crystallization buffer to remove any soluble material from the crystals. The crystals were then suspended in fresh crystallization buffer to achieve a protein concentration of 42 mg / ml.
[0207]
(Example 2)
(Formulation of lipase crystals using sucrose as an excipient)
In order to enhance the stability of the lipase crystals during the drying process and storage, the crystals were formulated with excipients. In this example, the lipase crystals were formulated in slurry form in the presence of mother liquor prior to the drying step. Sucrose (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) was added as an excipient to the lipase crystals in the mother liquor. Sufficient sucrose was added to lipase crystals at 20 mg / ml protein concentration in mother liquor (10 mM sodium acetate buffer, pH 4.8 containing 10 mM calcium chloride and 20% MPD) until the final concentration reached 10%. The resulting suspension was inverted for 3 hours at room temperature. After treatment with sucrose, the crystals were separated from the liquid by centrifugation (described in Example 6, Method 4 or 5).
[0208]
(Example 3)
(Formulation of lipase crystals using trehalose as an excipient)
Lipase crystals were formulated in Example 2 by adding trehalose (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) instead of sucrose to a final concentration of 10% in the mother liquor. The resulting suspension was tumbled for 3 hours at room temperature and the crystals were separated from the liquid by centrifugation as described in Method 4 or 5 of Example 6.
[0209]
Example 4
(Formulation of lipase crystals using polyethylene oxide (PEO) as an excipient)
Lipase crystals were formulated using 0.1% polyethylene oxide in water as follows. The crystals (20 mg / ml in the mother liquor) were separated from the mother liquor by centrifugation at 1000 rpm in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swing bucket rotor. The crystals are then suspended in 0.1% polyethylene oxide (Sigma Chemical Co., St. Louis, Mo.) for 3 hours and then centrifuged as described in
[0210]
(Example 5)
(Formulation of lipase crystals using methoxypolyethylene glycol (MOPEG) as an excipient)
Lipase crystals were added to 10% methoxypolyethylene glycol (final concentration) (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) in mother liquor instead of sucrose as in Example 2, and Method 4 of Example 6 Alternatively, as in 5, it was formulated by separation by centrifugation after 3 hours.
[0211]
(Example 6)
(Method of drying crystal formulation)
(
Crystals prepared as in Examples 1, 10, 14, and 21 were centrifuged in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swinging bucket rotor at 1000 rpm in a 50 ml Fischer brand Disposable centrifuge tube (polypropylene). Separated from mother liquor containing excipients. The crystals were then dried by passing a stream of nitrogen at about 10 psi pressure through the tube overnight.
[0212]
(
Crystals prepared as in Examples 1, 10, 14, and 21 were first prepared using a 50 ml Fischer brand Disposable polypropylene centrifuge tube using a 1000 rpm centrifuge in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swinging bucket rotor. In, separated from the mother liquor / excipient solution. The wet crystals were then placed in a vacuum oven (VWR Scientific Products) at room temperature at 25 in Hg and dried for at least 12 hours.
[0213]
(Method 3. Freeze drying)
Crystals prepared as in Examples 1, 10, 14, and 21 were first prepared using a 50 ml Fischer brand Disposable polypropylene centrifuge tube using a 1000 rpm centrifuge in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swinging bucket rotor. In, separated from the mother liquor / excipient solution. The wet crystals were then lyophilized in a half-closed vial using a Virtis Lyophilizer Model 24. The shelf temperature was slowly reduced to −40 ° C. during the freezing process. This temperature was maintained for 16 hours. Secondary drying was then performed for an additional 8 hours.
[0214]
(Method 4. Organic solvent and air drying)
Crystals prepared as in Examples 1, 10, 14, and 21 were first prepared using a 50 ml Fischer brand Disposable polypropylene centrifuge tube using a 1000 rpm centrifuge in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swinging bucket rotor. In, separated from the mother liquor / excipient solution. The crystals are then suspended in an organic solvent (such as ethanol or isopropanol or ethyl acetate or other suitable solvent), centrifuged, the supernatant decanted, and left in a fume hood for 2 days at room temperature. Air dried.
[0215]
(Method 5. Air drying at room temperature)
Crystals prepared as in Examples 1, 10, 14, and 21 were centrifuged in a Beckman GS-6R tabletop centrifuge equipped with a swing bucket rotor at 1000 rpm in a 50 ml Fischer brand Disposable centrifuge tube (polypropylene). Separated from mother liquor containing excipients. Subsequently, the crystals were air-dried in a fume hood for 2 days.
[0216]
(Example 7)
(Preparation of soluble lipase sample)
For comparison, a sample of soluble lipase was prepared by dissolving lipase crystals in phosphate buffered saline (pH 7.4) at 20 mg / ml.
[0217]
FIG. 2 shows the stability for soluble lipase. Specific activity decreases very rapidly with time. Within 2-3 hours, the specific activity decreases from about 660 micromole / minute / mg protein to about 100 micromole / minute / mg protein (ie, about 85% reduction). T for soluble lipase1/2Was calculated to be 1.12 hours.
[0218]
(Example 8)
(Olive oil assay to measure lipase activity)
The lipase crystals from Examples 1-7 were evaluated for activity against olive oil in pH 7.7 buffer. This assay was performed as described in Pharmaceutical Enzymes-Properties and Assay Methods, R.A. Ruyssen and A.M. Titration was performed using a slight modification to the procedure described in Lauwers (ed.), Scientific Publishing Company, Ghent, Belgium (1978).
[0219]
(reagent)
1. Olive oil emulsion:
16.5 g of gum arabic (Sigma) was dissolved in 180 ml of water, 20 ml of olive oil (Sigma) and emulsified using a Quick Prep mixer for 3 minutes.
2. Titration solution: 0.05M NaOH
3. Solution A: 3.0M NaCl
4). Solution B: 75 mM CaCl2・ 2H2O
5). Mixture: 40 ml of solution A was mixed with 20 ml of solution B and 100 ml of water
6. 0.5% albumin:
7). A lipase substrate solution (Solution 7) was prepared by adding 50 ml of olive oil emulsion (Solution 1) to 40 ml of the mixture (Solution 5) and 10 ml of 0.5% albumin (Solution 6).
[0220]
(Assay procedure)
The lipase substrate solution (Solution 7) was warmed to 37 ° C. in a water bath. First, 20 ml of substrate was added to the reaction vessel and the pH was adjusted to 7.7 using 0.05 M NaOH (solution 2) and equilibrated to 37 ° C. with agitation. The reaction was started by adding the enzyme. The progress of the reaction was monitored while maintaining the pH at 7.7 by titrating the enzyme and substrate mixture with 0.05M NaOH.
[0221]
The specific activity (micromole / min / mg protein) was equal to (initial velocity × 1000 × titrant concentration) / (enzyme amount). The zero point was determined by performing the reaction without enzyme (ie, using a buffer instead of enzyme in the reaction mixture).
[0222]
Example 9
(Activity)
The storage activity of the dried crystals from Examples 1-5 was measured using an olive oil assay as described in Example 8. Dry crystals (5 mg) were dissolved in 1 ml of phosphate buffered saline (“PBS”) (pH 7.4) and the activity was measured using olive oil as a substrate.
[0223]
(Shelf stability)
The storage stability of the dry crystalline lipase formulations from Examples 2-5 was carried out in a humid chamber (HOTPACK) controlled at a relative humidity of 75% and a temperature of 40 ° C. The activity of the crystals was measured by dissolving a 5 mg dry sample in PBS buffer (pH 7.4), measuring the activity in an olive oil assay and then comparing it to the initial results.
[0224]
(Crystal formulation dried by Method 5)
FIG. 3 shows the storage stability profile of lipase crystals formulated with sucrose, trehalose, and PEO. When dried by Method 5, PEO was the most protective excipient, followed by sucrose and then trehalose.
[0225]
(Crystal formulation dried by Method 4)
FIG. 4 shows the storage stability profile of lipase crystals formulated with sucrose, trehalose, PEO, and MOPEG. When dried by Method 4, the excipients PEO, sucrose and MOPEG are T1/2Their ability to preserve enzyme activity was similar as measured by their effect on. Trehalose was less protected for lipase activity than other excipients.
[0226]
(Storage stability)
The time required for a 50% decrease in the specific activity of the enzyme is T1/2Is known as Table 2 shows the specific activity T for dry lipase crystal formulations.1/2The effect on is shown. For lipase, sucrose was the most protective excipient, followed by polyethylene oxide (PEO), methoxypolyethylene glycol (MOPEG), and finally trehalose. Sucrose has a specific activity of T1/2It was more than 10 times more protective when measured by its effect on.
[0227]
[Table 2]
T1/2Was calculated from the expiry date data by non-linear regression analysis using the Sigma Plot program. Table 2 shows that the lipase formulation was 1,923 times more stable than soluble when PEO was used as an excipient. Furthermore, the lipase formulation was 23,300 times more stable than soluble lipase when sucrose was used as an excipient (Table 2). The formulation of lipase crystals using MOPEG and PEO as excipients was 9,270 and 17,800 times more stable than soluble lipase (Table 2).
[0228]
As shown in Table 2, the stability of the formulated crystals was greatly enhanced compared to the non-formulated crystals. As shown in Table 2, for example, crystals formulated with trehalose were 59 times more stable at 40 ° C. than non-formulated lipase crystals produced without excipients. Similarly, as shown in Table 2, crystals formulated with MOPEG are 286 times more stable than non-formulated crystals, and crystals formulated with PEO have no excipients. It was 549 times more stable at 40 ° C. than the produced non-formulated lipase crystals. Finally, as shown in Table 2, crystals formulated with sucrose were 718 times more stable at 40 ° C. than unformulated lipase crystals produced without excipients.
[0229]
(Water content)
The moisture content was determined by the Karl Fischer method using a Mitsubishi CA-06 Moisture Meter (Mitsubishi Chemical Corporation, Tokyo, Japan) equipped with a VA-06 Vaporizer according to the manufacturer's instructions.
[0230]
[Table 3]
(Crystallinity)
The crystal strength of the formulation was measured by quantitative microscopy. To visualize whether the crystals maintain their shape after drying, the dried crystals were examined under an Olympus BX60 microscope equipped with a Camera Adapter and DXC-970MD 3CCD Color Video Camera with Image ProPlus software. Samples of the dried crystals were covered with a glass cover strip, mounted, and examined at 10 × magnification using an Olympus microscope (phase contrast) equipped with an Olympus UPLAN F1 objective 10 × / 0.30 PH1. .
[0231]
In this analysis, crystals originally formulated with sucrose, trehalose, PEO and MOPEG were easily visualized after 129 days at 40 ° C. and 75% humidity. FIG. 5 shows that crystals formulated with PEO were present at the first time point. Similar microscopic observations obtained after 129 days and shown in FIG. 6 demonstrate that crystallinity was maintained throughout the period. Similar data was obtained for crystals formulated with sucrose, MOPEG and trehalose (data not shown).
[0232]
(Characteristic of secondary structure by FTIR)
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (“FTIR”) spectra were collected on a Nicolet model 550 Magna series spectrometer as described by Dong et al. Bhat, KS and Coe, JE Biochemistry, 1992; 31: 9364-9370; Dong, A. Prestrelski, SJ, Allison, SD and Carpenter, JFJ Pharm. Sci., 1995; 84; 415-424). For solid samples, 1-2 mg of protein was lightly applied with 350 mg of KBr powder and a small cup was filled with diffuse reflection components. The spectra were collected and then Grams 32 from Galactic software for the determination of the relative regions of the individual components of the secondary structure using the second derivative, and the amide I region (1600-1700 cm-1) Using a curve fitting program.
[0233]
For comparison, soluble lipase samples were prepared by dissolving lipase crystals in phosphate buffered saline and analyzed by FTIR for stability.
[0234]
Secondary structure was determined as follows: FTIR spectra were collected on a Nicolet model 550 Magna series spectrometer. A 1 ml sample of soluble lipase was placed on ARK ESP zinc selenide crystals. Spectra were collected at the first time point (0) and after most activity was lost or nearly zero activity. The acquired data was then used to determine the relative regions of individual components of the secondary structure using the second derivative, Grams 32 software from Galactic software, and the amide I region (1600-1700 cm-1) Using a curve fitting program.
[0235]
[Table 4]
(Conclusion)
Table 4 shows that about 50% and 75% α-helix and β-sheet structure content was lost over 3 days for soluble lipase. There was a corresponding increase in the content of random structures.
[0236]
In contrast, FIG. 4 shows that formulated and dried crystals are much more stable than soluble enzymes. Such crystals showed a loss of α-helix structure ranging from 6.1% to 21.1% after 66 days at 40 ° C. and 75% humidity. At this point, the random coil in solution increased by 7-50% over 3 days, while the crystallinity showed minimal random coil content even after 66 days.
[0237]
The data in Table 4 obtained by monitoring changes in secondary structure using FTIR correlated with the activity data shown in FIG. Specifically, the lipase formulated with sucrose, PEO and MOPEG has an α-helix structure rather than crystals formulated with trehalose (showing 21% loss of α-helix structure and having the lowest activity profile). And maintained higher specific activity over 66 days at elevated temperature and humidity.
[0238]
(Example 10: Human serum albumin)
(Crystallization of human serum albumin)
Ten grams of powdered human serum albumin was added to 75 ml of a stirred solution of 100 mM phosphate buffer (pH 5.5) (4 ° C.). Final protein concentration was 120 mg / ml (OD of solution280Estimated from the value). First, ammonium sulfate solution (767 g / l) (prepared with deionized water) was added to the protein solution to a final concentration of 350 g / l or 50% saturation. The crystallization solution was then “seeded” with 1 ml of 50 mg / ml albumin crystals in 50% ammonium sulfate (pH 5.5). Seed crystals were prepared by washing a sample of crystals without a precipitate with a solution of 50% saturated ammonium sulfate (pH 5.5) in 100 mM phosphate buffer. The seeded crystallization solution was incubated on a powerful rotating platform at 4 ° C. overnight. Rod-shaped crystals (20 μm) appeared in the overnight solution about 16 hours later.
[0239]
(Example 11)
(Formulation of HSA crystals using gelatin as an excipient)
In order to enhance the stability of human serum albumin (HSA) crystals during drying and storage, the crystals were formulated with excipients. In this example, HSA crystals were formulated in slurry form in the presence of mother liquor prior to drying. Gelatin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) was added to the lipase crystals in the mother liquor as an excipient. Sufficient gelatin was added to lipase crystals in mother liquor (2.5 M ammonium sulfate (pH 5.5) in 100 mM phosphate buffer) at a protein concentration of 20 mgs / ml until a final concentration of 10% was reached. The resulting suspension was rotated at room temperature for 3 hours. After treatment with gelatin, the crystals were separated from the liquid by centrifugation as described in
[0240]
(Drying of HSA crystals)
The HSA crystals were then dried by the four methods described in Example 6. The crystals were suspended in cold ethanol (4 ° C.) as method 4 organic solvent.
[0241]
(Example 12)
(Soluble human serum albumin preparation)
For comparison, soluble HSA samples were prepared by dissolving HSA at 20 mg / ml in water.
[0242]
(Example 13)
(Shelf stability)
Storage stability of the dried crystalline formulation of HSA was performed in a water bath at a temperature of 50 ° C. The stability of the crystals was monitored by FTIR analysis by the following structural collapse.
[0243]
(Water content)
The moisture content was determined by the Karl Fischer method using a Mitsubishi CA-06 Moisture Meter (Mitsubishi Chemical Corporation, Tokyo, Japan) equipped with a VA-06 Vaporizer according to the manufacturer's instructions.
[0244]
[Table 5]
(Crystallinity)
The crystal strength of the formulation was measured by quantitative microscopy as described in Example 9. FIG. 7 shows that HSA crystals were easily visualized immediately after preparing the formulation with gelatin. FIG. 8 shows that the crystallinity was maintained after 4 days at 50 ° C.
[0245]
(Characteristic of secondary structure by FTIR)
FTIR spectra were collected on a Nicolet model 550 Magna series spectrometer as described by Dong et al. (Dong, A., Caughey, B., Caughey, WS, Bhat, KS, and Coe, J. E. Biochemistry, 1992; 31: 9364-9370; Dong, A. Prestrelski, SJ, Allison, SD and Carpenter, JFJ Pharm.Sci., 1995; 84; 424). For solid samples, 1-2 mg of protein was lightly applied with 350 mg of KBr powder and a small cup was filled with diffuse reflection components. The spectra were collected and then Grams 32 from Galactic software for the determination of the relative regions of the individual components of the secondary structure using the second derivative, and the amide I region (1600-1700 cm-1) Using a curve fitting program.
[0246]
For comparison, soluble HSA samples were prepared by dissolving HSA crystals in water and tested for stability by FTIR. Secondary structure was determined as described in Example 9.
[0247]
[Table 6]
(Conclusion)
Soluble HSA showed a rapid decrease in α-helix content of 78% after 1 hour in solution, and a corresponding increase in random coil structure.
[0248]
The dry formulated crystals showed about a 16% decrease in α-helix content, a significant decrease in β-sheet content, and no increase in random structure content.
[0249]
(Example 14: Penicillin acylase)
(Crystallization of penicillin acylase)
The ammonium sulfate suspension of penicillin acylase from Boehringer Mannheim was the crude material. The penicillin acylase suspension was diluted 1: 3 with deionized water. This solution was diafiltered using a 30K membrane,280nmConcentrated to a final concentration of 200 OD / ml. This enzyme solution was then added to 4M NaH.2POFour・ H2A with O280nm/ Ml to 150 ODm.
[0250]
1.9M NaPOFour4M and 1M sufficient NaH to give a final solution concentration of2POFour・ H2A biphasic solution of O was prepared. In this case, 280 ml of 1M NaH2POFour・ H2549 ml of 4M NaH2POFour・ H2Carefully layered on top of O. The enzyme solution was gently poured onto the side of the container to form a layer on top of the 1M layer. An overhead stirrer was set up along with the ship impeller. The agitator was placed in the container with its blade just below the 4M / 1M interface. The speed was adjusted to a setting of 8.0, ie 600 rpm. The agitator was switched on and stopped after 10 minutes. The impeller was removed from the container. The volume of seed crystals was measured with a graduated pipette between 0.5% and 0.1% by volume and added into a 20 L sterile polycarbonate container. This seed was not allowed to stand for more than 10 seconds before addition. This solution was manually stirred using a flat blade impeller for about 1 minute. The crystallization mixture was allowed to stand for 24 hours.
[0251]
After 24 hours, the container was opened and the solution was mixed manually for 30 seconds. This solution was allowed to settle for an additional 24 hours. After a total of 48 hours, a 10 ml sample of the supernatant was taken. The sample was filtered using a 0.2 micron Acrodisc. A of the supernatant280nmWas measured. A of the supernatant280nmIf is greater than 1.0 mg / ml, crystallization was continued for an additional 24 hours. When the concentration of the supernatant is less than 1.0 mg / ml, the crystal slurry and the supernatant A280nmWas determined directly.
[0252]
Example 15: Penicillin G assay on PA crystals
The basis of the activity assay for penicillin acylase includes a titration assay that measures the enzymatic hydrolysis of benzylpenicillin by this enzyme. This enzyme catalyzes the cleavage of the phenylacetyl group from penicillin G, thereby causing a decrease in pH. This activity is by measuring the volume of 50 mM NaOH required per minute of the reaction (to maintain
[0253]
(Penicillin acylase assay):
(Chemicals and solutions used in this assay):
1. Penicillin-G, Sigma, potassium salt
2. 0.05N sodium hydroxide
3. 1.0 M KC1, 20 mM Tris buffer, pH 8.0
4). 10 mM Tris, 10 mM CaCl2Buffer, pH 8.0
5). 0.01M PBS buffer, pH 7.5
(Preparation of substrate solution)
1 g of penicillin-G was added to 10 ml of 1.0 M KCl, 20 mM Tris buffer, pH 8.0 and about 70 ml DI water, 1
[0254]
(Preparation of PA sample solution)
A sample of penicillin acylase was dissolved in PBS buffer, pH 7.4. Typically, 2 mg to 4 mg (dry weight) of protein was used for each assay.
[0255]
(Assay for Penicillin G Hydrolysis)
20 ml of penicillin acylase substrate solution was added into the titration vessel and equilibrated to 28 ° C. After the enzyme solution was added to the reaction vessel, the hydrolysis of penicillin-G was monitored by titrating the reaction mixture with 0.05N NaOH to maintain the pH at 8.0.
[0256]
Example 16: PA crystal formulation using hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD) as excipient.
In order to enhance the stability of PA crystals during drying and storage, the crystals were formulated with excipients. In this example, PA crystals were formulated in slurry form in the presence of mother liquor before drying. Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD) (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) was added as an excipient to the PA crystals in the mother liquor. Enough HPCD was added to the mother liquor (1.9M NaH2POFour, PH 6.6) at a protein concentration of 20 mg / m was added to the lipase crystals to reach a final concentration of 10%. The resulting suspension was tumbled for 3 hours at room temperature. After treatment with HPCD, the crystals were separated from the liquid by centrifugation as described in
[0257]
(Example 17: PA crystal formulation using mother liquor itself as excipient):
PA crystals were dissolved in the mother liquor (1.9 M NaH2POFour, PH 6.6). The crystals were separated by centrifugation as in Example 16.
[0258]
(Example 18: Drying of PA)
The PA crystals from Examples 15-17 were then dried according to
[0259]
Example 19: Soluble PA preparation:
As a comparative standard, a sample of soluble PA was prepared by dissolving PA crystals in water at 20 mg / ml.
[0260]
The stability of soluble PA was measured over time. The plot specific activity at 55 ° C. with respect to time is shown in FIG. PA enzyme activity in solution decayed rapidly and was not detectable after about 20 hours.
[0261]
(Example 20: Activity of dry crystals):
The activity of the dried crystals from Example 18 was tested in the Pen G assay as described in Example 15. The dried crystals (5 mg) were dissolved in 1 ml water and the activity was measured using Pen G as a substrate.
[0262]
(Storage stability):
The storage stability of the PA dry crystal formulation was determined using a Reactive-Therm III-Heating / Stirring module by Pierce at a temperature of 55 ° C. Activity was measured by dissolving a 5 mg dry sample in water and measuring enzyme activity in the Pen G assay described in Example 15, and compared to initial results. FIG. 10 shows the storage stability profiles of PA crystals with and without excipients. FIG. 10 also shows the storage stability profile of PA crystal formulations dried using nitrogen (Method 1) or air-dried (Method 4).
[0263]
[Table 7]
T1/2Was calculated from expiration date data by non-linear regression analysis using the Sigma Plot program. The stability of formulated crystals was enhanced as shown in Table 7 compared to unformulated crystals. For example, crystals formulated with HPCD were 418 times more stable than soluble PA at 55 ° C. (Table 7). Crystals formulated with HPCD were 3.5 times more stable at 55 ° C. than unformulated PA crystals made without excipients, as shown in Table 7.
[0264]
(Moisture content):
The moisture content was determined by the Karl Fischer method using a Mitsubishi CA-06 Moisture Meter with a VA-06 Vaporizer (Mitsubishi Chemical Corporation, Tokyo, Japan) according to the manufacturer's instructions.
[0265]
[Table 8]
(crystalline):
The crystallinity of the formulation was measured by quantitative microscopy as described in Example 9. As shown by the crystals, crystallinity was maintained throughout the process (data not shown), which was readily visible.
[0266]
(Characterization of secondary structure by FTIR):
Stability was assessed by quantifying the secondary structure content of the dried and formulated PA crystals by FTIR as described in Example 9. Soluble PA was used for comparison purposes.
[0267]
[Table 9]
(Conclusion):
The decrease in α-helix content was 76% after 1 day for soluble penicillin acylase. In contrast, when HPCD was used as the excipient and the formulation was dried by
[0268]
(Example 21: Glucose oxidase)
(Preparation of glucose oxidase crystals)
The present inventors prepared glucose oxidase crystals as follows. First, the glycoprotein was purified by anion exchange chromatography and then the crystallization parameters were optimized (data not shown).
[0269]
As a result of these studies, we have found that the crystallization conditions for glucose oxidase are generally 7% to 17% PEG 4000 or
[0270]
(Large-scale crystallization of glucose oxidase)
We have determined favorable conditions for preliminary scale crystallization of glucose oxidase. Preliminary scale crystallization generally contains between 100 ml and 900 ml of glycoprotein.
[0271]
(A. Crystallization at constant pH without seed)
Glucose oxidase is diafiltered in water and A between 5 and 15280Until concentrated. The glucose oxidase concentrate was mixed with 1: 1 volume of crystallization reagent containing 18% PEG 6000, 32% 2-propanol in 0.2 M Na acetate at pH 5.0 (1: 1). After mixing, the solution was cooled to 6 ° C. The glucose oxidase crystallization solution was stirred for 24 hours at 100 rpm using a propeller stirrer. During this time, the crystals gradually formed.
[0272]
Example 22: Formulation of glucose oxidase using trehalose as excipient
In order to enhance the stability of glucose oxidase (GOD) crystals during drying and storage, the crystals were formulated with excipients. In this example, GOD crystals were formulated in slurry form in the presence of mother liquor before drying. Trehalose (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) was added as an excipient to the GOD crystals in the mother liquor. Sufficient trehalose is added to GOD crystals with a protein concentration of 20 mg / ml in mother liquor (100 mM sodium acetate buffer (pH 5.5) containing 32% isopropanol and 9% PEG 6000) until the final concentration reaches 10%. Added. The obtained suspension was mixed by inversion for 3 hours at room temperature. After treatment with trehalose, crystals and liquid were separated by centrifugation as described in
[0273]
Example 23: Formulation of glucose oxidase crystals using lactitol as excipient
Glucose oxidase crystals were formulated as in Example 22 by adding lactitol (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) to a final concentration of 10% with respect to the mother liquor (in place of trehalose). After centrifuging for 3 hours, the crystals were separated from the mother liquor / lactitol solution.
[0274]
Example 24: Formulation of glucose oxidase crystals using hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD) as excipient
By adding hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPCD) (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) to a final concentration of 10% with respect to the mother liquor, the glucose oxidase crystals were converted to HPCD. Used, formulated as in Example 22 and incubated for 3 hours. The crystals and the mother liquor / HPCD solution were then separated after 3 hours of centrifugation as described in
[0275]
Example 25: Formulation of glucose oxidase crystals using gelatin as excipient
Glucose oxidase crystals were formulated as in Example 22 by adding gelatin (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) to a final concentration of 10% with respect to the mother liquor (in place of trehalose). After centrifuging for 3 hours, the crystals were separated from the mother liquor / gelatin solution.
[0276]
Example 26: Formulation of glucose oxidase crystals using methoxypolyethylene glycol as excipient
Glucose oxidase crystals were formulated as in Example 22 by adding methoxypolyethylene glycol (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) to a final concentration of 10% with respect to the mother liquor. After centrifuging for 3 hours, the crystals were separated from the mother liquor / methoxypolyethylene glycol solution as described in
[0277]
Example 27: Formulation of glucose oxidase crystals using sucrose as excipient
Glucose oxidase crystals were formulated as in Example 22 by adding sucrose (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) to a final concentration of 10% with respect to the mother liquor. After centrifuging for 3 hours, the crystals were separated from the mother liquor / sucrose solution.
[0278]
Example 28: Drying of glucose oxidase formulation
The glucose oxidase crystal formulation was dried according to the method described in Example 6. Method 4 used cold isopropanol (4 ° C.) as the organic solvent.
[0279]
(Example 29: Preparation of soluble glucose oxidase)
For comparison, a soluble glucose oxidase sample was prepared by dissolving glucose oxidase crystals at 20 mg / ml in 50 mM citrate buffer (pH 6.0).
[0280]
FIG. 11 shows the stability of soluble glucose oxidase at 50 ° C. over time. Specific activity decreases rapidly over time. After 24 hours, the specific activity decreases by more than 90%. T of soluble glucose oxidase1/2Was calculated to be 0.91 hours.
[0281]
(Example 30: Glucose oxidase activity assay)
The following protocol was used to determine the activity of dried glucose oxidase crystals and crystal formulations.
[0282]
Chemicals and solutions:
1. Phosphate buffer solution (20 mM, pH 7.3), NaCl (0.1 M) solution
2. 21 mM O-dianisidine dihydrochloride stock solution. Dilute to 0.21 mM as working solution before use
3.2M glucose solution
4). Peroxide solution (2mg / ml)
5. 50 mM citrate buffer (pH 6.0).
[0283]
Sample preparation:
1.2 mg glucose oxidase is added to 1
2. Prepare a diluted enzyme solution by mixing 0.1 ml of the above enzyme solution with 4.9 ml of the same citrate buffer.
[0284]
Assay procedure for measuring enzyme activity:
1. The assay was monitored by a UV-Vis spectrophotometer. Use speed mode and set wavelength of 460nm and temperature of 25 ° C
2. Warm the O-dianisidine / phosphate working solution in a 25 ° C. water bath and bubble this solution with oxygen at least 20 minutes before use.
3. Measure blanks using reagent solution without adding enzyme solution
4. Pipette 2.4 ml oxygenated O-dianisidine / phosphate working solution, 0.4 ml 2M glucose solution, and 0.1 ml peroxidase into a disposable cuvette.
5). Add 10 ml enzyme sample onto the cuvette wall (tilt the cuvette so that the sample and reagent do not mix in this step) and cover with a piece of parafilm. Invert the cuvette twice to mix quickly, insert the cuvette into the cell compartment of the spectrophotometer, and begin collecting data.
The enzyme specific activity is calculated using the following formula:
Specific activity = A * B * C / D * E * F
Where A = change in absorbance unit at 460 nm per minute
B = reaction mixture volume (ml)
C = dilution ratio
D = 11.3 (constant)
E = weight of enzyme used (mg)
F = sample volume (ml).
[0285]
Example 31: Activity of dried crystals
The activity of the dried crystal formulation of glucose oxidase was measured as described in Example 30.
[0286]
(Shelf stability)
The storage stability of glucose oxidase crystal formulation was studied. In this case, the formulation was dried using Method 4 of Example 6 and stored in a water bath at a temperature of 50 ° C. for 13 days in a 2 ml screw-cap Eppendorf tube. Activity at a specific time point was obtained by dissolving 2 mg of the dried sample in 50 mM citrate buffer (pH 6.0) and then measuring the activity according to Example 30.
[0287]
The storage stability of various glucose oxidase formulations stored at 50 ° C. was determined. This data is shown in FIG. Lactitol was the most effective excipient in preserving glucose oxidase specific activity over time at elevated temperatures.
[0288]
[Table 10]
T1/2Was calculated from the expiry date data by non-linear regression analysis using the Sigma plot program. Table 10 shows that the glucose oxidase formulation was 95 times more stable than soluble glucose oxidase when trehalose was used as an excipient. Furthermore, the glucose oxidase formulation was 121 times more stable than soluble glucose oxidase when lactitol was used as an excipient (Table 10). Glucose oxidase crystal formulations using HPCD or MOPEG as excipients were 60 times and 325 times more stable than soluble glucose oxidase, respectively (Table 10). Finally, glucose oxidase crystal formulations using gelatin or sucrose as excipients were 99 and 82 times more stable than soluble glucose oxidase, respectively (Table 10).
[0289]
Glucose oxidase crystal formulations made using either trehalose, lactitol, HPCD, MOPEG, gelatin or sucrose as excipients, as shown in Table 10,1/2From glucose oxidase crystals prepared without using excipients, 2.5 times, 3.2 times, 1.6 times, 8.6 times, 2.6 times, or 2 at 50 ° C. .2 times more stable.
[0290]
(Water content)
The moisture content was determined by the Karl Fischer method using a Mitsubishi CA-06 Moisture Meter with a VA-06 Vaporizer (Mitsubishi Chemical Corporation, Tokyo, Japan) according to the manufacturer's instructions.
[0291]
[Table 11]
(Crystallinity)
The crystal integrity of the GOD formulation was measured by quantitative microscopy as described in Example 9. In this example, the crystals were easily crystallized. This indicates that crystallinity was maintained throughout the process.
[0292]
FIG. 13 shows that glucose oxidase crystals were easily visualized immediately after preparation of the lactitol formulation. FIG. 14 demonstrates that the crystallinity was maintained after 13 days at 50 ° C. The crystalline material was also easily visualized after formulation of glucose oxidase with trehalose, as shown in FIG. Similarly, the remaining crystalline material was easily visualized after 13 days at 50 ° C., as shown in FIG.
[0293]
(Characteristics of secondary structure by FTIR)
As described in Example 9, the stability was evaluated by quantifying the secondary structure amount of the dried GOD crystal and the formulated GOD crystal by FTIR. For comparison, a soluble glucose oxidase sample was prepared by dissolving glucose oxidase crystals in 50 mM citrate buffer (pH 6.0) and placing about 1 ml on the zinc selenide crystals of ARK ESP, This was then analyzed for stability by FTIR.
[0294]
[Table 12]
(Conclusion)
Soluble glucose oxidase lost 75% of its α-helix content within only 6 hours at 50 ° C.
[0295]
The sugar lactitol, sucrose, and trehalose were the most effective excipients to prevent loss of α-helix content during storage at high temperatures. Glucose oxidase crystals formulated in lactitol, sucrose, and trehalose and dried by method 4 showed a loss of only 18.1-19.4% of α-helix structure content after 4 days at 50 ° C. .
[0296]
(Example 32: Drying of Candida rugosa lipase crystals)
material:
A-Candida rugosa lipase (Example 1)
B-poly (ethylene glycol), 100%,
C-acetone
procedure:
A 4 ml aliquot of the crystal suspension (140 mg) is added to four 15 ml tubes. The suspension is then centrifuged between 1000 RPM and 3000 RPM for 1-5 minutes or until the crystallization buffer is removed. Then 4 ml of liquid polymer (any PEG between 200 and 600 is suitable) is added to each tube and the contents are mixed until uniform. The suspension is centrifuged between 1000 RPM and 3000 RPM for 1-5 minutes or until the liquid polymer is removed. Next, 4 ml of acetone (isopropanol, butanol, and other solvents are also suitable) is placed in each tube and mixed thoroughly. The crystal / organic solvent suspension is transferred to a 0.8 cm × 4 cm BIO-RAD poly-preparative chromatography column (spin column). The column is centrifuged at 1000 RPM for 1-5 minutes to remove organic solvent. Finally, nitrogen gas is passed through the column and the crystals are dried until free flowing powder is formed.
[0297]
(Example 33: Purafact (protease) 4000L crystallization)
material:
A-Crude purafect 4000L
B-15% NaSOFoursolution
procedure:
1 volume of crude purefect enzyme solution was added to 2 volumes of 15% Na2SOFourMix with solution. The mixture is stirred at room temperature for 24 hours or until crystallization is complete. 15% Na2SOFourWash with solution to remove soluble enzyme. Crystals are fresh 15% Na2SOFourSuspend in solution to obtain a protein concentration of 27 mg / ml.
[0298]
(Example 34: Drying of Puraffect crystals)
material:
A-purafect crystal suspension
B-poly (ethylene glycol), 100% PEG
200, 300, 400, or 600
C-organic solvent
procedure:
A 4 ml aliquot of the crystal suspension (140 mg) is added to four 15 ml tubes. The suspension is then centrifuged between 1000 RPM and 3000 RPM for 1-5 minutes or until the crystallization buffer is removed. Then 4 ml of liquid polymer (any PEG between 200 and 600 is suitable) is added to each tube and the contents are mixed until uniform. The suspension is centrifuged between 1000 RPM and 3000 RPM for 1-5 minutes or until the liquid polymer is removed. Next, 4 ml of acetone (isopropanol, butanol, and other solvents are also suitable) is placed in each tube and mixed thoroughly. The crystal / organic solvent suspension is transferred to a 0.8 cm × 4 cm BIO-RAD poly-preparative chromatography column (spin column). The column is centrifuged at 1000 RPM for 1-5 minutes to remove the organic solvent. Finally, nitrogen gas is passed through the column and the crystals are dried until free flowing powder is formed.
[0299]
Example 35: Production of DNA for crystallization
A plasmid derived from the pUC plasmid (eg, pSP64) can be used to produce either DNA or mRNA for crystallization. In this example, plasmid pSP64 (available from Promega Biological Research Products) is used to generate DNA for crystallization. The cDNA encoding the protein of interest is inserted into any of a number of restriction sites available at the multiple cloning site. The recombinant plasmid was then transformed into E. coli. Used to transform E. coli bacteria. Large quantities of plasmid are then obtained by bacterial growth in ampicillin-containing media. Producing a recombinant plasmid; Techniques for transforming E. coli cells and bacterial growth and plasmid DNA preparation are described in “Molecular Cloning, 2nd Edition” (1989) Sambrook, J. et al. Fritsch, E .; F. And T. It is described in detail in Maniatis.
[0300]
Subsequently, plasmid DNA is purified from bacterial cultures by first lysing the cells and then separating the plasmid DNA from genomic DNA, RNA, and other cellular material using a CsCl gradient. These techniques are well known in the art and are discussed in detail in Sambrook et al. The gradient purified DNA is extracted with Tris-EDTA buffer saturated N-butanol and finally with ethanol. The plasmid DNA is then either of the plasmid lines used to generate mRNA for RNA crystallization (Example 36) or to excise the gene of interest for DNA crystallization (Example 37). We use for state.
[0301]
(Example 36: Production of mRNA for crystallization)
The SP64 plasmid (available from Promega Biological Research Products) in combination with SP6 RNA polymerase is used for the production of milligram quantities of 5 'capped RNA transcripts. The plasmid prepared in Example 35 is linearized with a restriction enzyme downstream of the poly A tail prior to gene excision. The linearized plasmid is purified by two phenol / chloroform extractions and two chloroform extractions. The DNA is then precipitated with NaOAc (0.3M) and 2 volumes of EtOH. The pellet is then resuspended at approximately 1 mg / ml in DEPC-treated distilled deionized water.
[0302]
Transcription was performed using 400 mM Tris HCl (pH 8.0), 80 mM MgCl.2, 50 mM DTT, and 40 mM spermidine. Subsequent reagents are added to 1 volume of DEPC-treated water at room temperature in the following order: 1 volume of SP6 RNA polymerase transcription buffer; rATP, rCTP, and rUTP (up to 1 mM concentration); rGTP (up to 0.5 mM concentration) ); 7 meC (5 ′) ppp (5 ′) G cap analog (New England Biolabs, Beverly, Mass., 01951) (up to 0.5 mM concentration); linearized DNA template prepared above (0.5 mg / ml) RNA (Promega, Madison, Wis.) (Up to 2000 U / ml concentration); and SP6 RNA polymerase (Promega, Madison, Wis.) (Up to 3000 U / ml concentration). The transcription mixture is incubated at 37 ° C. for 1 hour.
[0303]
The DNA template is then digested by adding 2 U RQ1 DNAse (Promega) per 1 μg DNA template used. The digestion reaction is performed for 15 minutes. Transcribed RNA is extracted twice with chloroform / phenol and twice with chloroform. The supernatant solution is precipitated with 2 volumes of 0.3 M NaOAc in EtOH and the pellet is resuspended in 100 ml DEPC-treated deionized water per 500 ml transcript. Finally, the supernatant solution is passed through an RNAse-free Sephadex G50 column (
[0304]
(Example 37: DNA crystallization)
material:
A-Purified plasmid DNA (Example 35)
B-spermine
C-MPD (2-methyl-2,4-pentanediol)
D-5 mM calcium acetate buffer (pH 7.0)
E-deionized water
procedure:
Amplified DNA (Example 35) is removed from the plasmid by restriction digestion. The inserted gene is purified from the plasmid vehicle by agarose gel electrophoresis and extraction of the gene of interest from an appropriate molecular weight gel band.
[0305]
Using a hanging drop technique, 5 mg / ml DNA in 5 mM sodium acetate / 20% MPD / 1 mM sperimine buffer (pH 7.0) was allowed to stand at room temperature until 90% DNA was crystallized. Incubate. The resulting crystals are washed with crystallization buffer to remove any soluble material from the crystals. The crystals are then resuspended in fresh crystallization buffer until a DNA concentration of 5 mg / ml is achieved.
[0306]
(Example 38: RNA crystallization)
material:
A-purified mRNA (Example 36)
B-spermine
C-MPD (2-methyl-2,4-pentanediol)
D-5 mM calcium acetate buffer (pH 7.0)
E-deionized water
procedure:
Using hanging drop technique, 5 mg / ml RNA (Example 36) in 5 mM calcium acetate / 20% MPD / 1 mM sperimine buffer, pH 7.0, was allowed to cool until 90% RNA was crystallized. Incubate with. The resulting crystals are washed with crystallization buffer to remove any soluble material from the crystals. The crystals are then resuspended in fresh crystallization buffer until an RNA concentration of 5 mg / ml is achieved.
[0307]
Example 39: Induction of immune response against HIV gp120 using DNA crystals
DNA encoding HIV gp160 is prepared according to the methods of Examples 36 and 37. The crystals of HIV gp160 are then used for immunization of mice. In order to design a vaccine that induces broadly neutralizing immunity, many genetic clones of both primary and experimental isolates of HIV have been identified by Aids Research and Reagent Program, National Institutes of Allergy and Infectious Diseases, Rockville MD. Available from 20852.
[0308]
DNA crystals are maintained in crystallization buffer and 200 μl / mouse is injected into the hind limb. Development of an immune response against gp120 is determined by measuring serum antibodies against the corresponding V3 loop peptide in an ELISA on a 1 month basis.
[0309]
Example 40: Induction of immune response against HIV gp120 using mRNA crystals
RNA encoding HIV gp160 is prepared according to the methods of Examples 35, 36 and 38. The crystal of HIV gp160 mRNA is then used for immunization of mice. To design a vaccine that induces extensive neutralizing immunity, various primary and experimental isolates of HIV are available from Aids Research and Reagent Program, National Institutes of Allergies and Infectious Diseases, Rockville MD 20852. .
[0310]
RNA crystals are maintained in crystallization buffer and 200 μl / mouse is injected into the hind limb. Development of an immune response against gp120 is determined by measuring serum antibodies against the corresponding V3 loop peptide in an ELISA on a 1 month basis.
[0311]
Example 41 Oligo DNA Crystallization
material:
A-Synthetic oligo DNA
B-spermine
C-MPD (2-methyl-2,4-pentanediol)
D-5 mM Ca acetate buffer pH 7.0
E-deionized water
procedure:
Using a hanging drop technique, 5 mg / ml synthetic oligo DNA in 5 mM Mg acetate / 30% MPD / 1 mM spermine buffer (pH 7.0) was brought to room temperature until 90% of this DNA crystallized. And incubate. The resulting crystals are washed with a crystallization buffer to remove any soluble material from the crystals. The crystals are then resuspended in fresh crystallization buffer to achieve a DNA concentration of 5 mg / ml.
[0312]
Example 42 Administration of antisense DNA for inhibition of gene expression
Oligo DNA crystals encoding DNA sequences that are complementary to the sense strand of the mRNA species to be suppressed are generated as described in Example 41. The crystal or formulation containing the crystal is then administered to the site where inhibition of gene expression is intended. Subsequently, cells take up the DNA crystals or lysed DNA, and the oligo DNA and host mRNA form complementary base pairs and gene expression is inhibited for a period of time.
[0313]
(Encapsulated protein crystal)
Example 43 Large-scale crystallization of Pseudomonas cepacia lipase
A slurry of 15 kg of crude Pseudomonas cepacia lipase (PS30 lipase-Amano) (“LPS”) was dissolved in 100 L of distilled deionized water and brought to a volume of 200 L with additional distilled deionized water. This suspension was mixed in an Air Drive Lightning mixer for 2 hours at room temperature and then filtered through a 0.5 μm filter to remove celite. The mixture was then ultrafiltered using a 3K hollow fiber filter membrane cartridge and concentrated to 10 L (121.4 g). Solid calcium acetate was added to 20 mM Ca (CHThreeCOO)2To a concentration of. If necessary, the pH was adjusted to 5.5 using concentrated acetic acid. The mixture was heated and maintained at a temperature of 30 ° C. Magnesium sulfate was added to a concentration of 0.2M, followed by glucopon to a concentration of 1%. Isopropanol was then added to a final concentration of 23%. The resulting solution was mixed at 30 ° C. for 30 minutes and then cooled from 30 ° C. to 12 ° C. over 2 hours. Crystallization was then allowed to proceed for 16 hours.
[0314]
The crystals were precipitated and soluble protein was removed using a peristaltic pump equipped with a Tygon tube with a 10 ml pipette at the end. New crystallization solution (23% isopropyl alcohol, 0.2
[0315]
(Crosslinked LPS crystal)
Cross-linked Pseudomonas cepacia lipase crystals (ChiroCLEC-PCTMSold under the name Altus Biology, Inc. A formulation was produced according to Example 48 using (available from Cambridge, Massachusetts). Alternatively, the lipase crystals prepared as described above can be cross-linked using any conventional method.
[0316]
Example 44 Crosslinking of glucose oxidase crystals
Next, the inventors cross-linked the glucose oxidase crystals prepared in Example 21 as follows. This cross-linking procedure included glutaraldehyde or glutaraldehyde pretreated with either Tris buffer (2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol), lysine, or diaminooctane. .
[0317]
This crosslinking was performed with 60 mg of protein. Tris pretreated glutaraldehyde (48 mg Tris salt / 1 g glutaraldehyde) was added to a concentration of 0.2 g and 0.6 g per 1 g GO crystals suspended in 0.2 M sodium phosphate, pH 7.0. The reaction was allowed to proceed for 2 hours at room temperature. After 2 hours, the crystals were filtered and washed through glass fiber paper.
[0318]
The crosslinked crystals were encapsulated as described in Example 48. There was no difference in the encapsulation process between the variously crosslinked crystals. A representative sample is shown in FIG.
[0319]
Example 45 Cross-linked Candida rugosa lipase crystals
Cross-linked Candida rugosa lipase crystals (ChiroCLEC-CRTMSold under the name Altus Biology, Inc. A formulation was produced according to Example 48 using (available from Cambridge, Massachusetts). Alternatively, the lipase crystals prepared above can be cross-linked using any conventional method.
[0320]
Example 46 Crosslinking of Human Serum Albumin Crystals
The human serum albumin crystals prepared in Example 10 were cross-linked. This crosslinking reaction was carried out at 4 ° C. in a stirred crystal solution in a mother liquor containing 50% saturated ammonium sulfate. The crystals were not washed prior to crosslinking with borate pretreated glutaraldehyde.
[0321]
Pretreated glutaraldehyde was prepared by adding 1 volume of 50% glutaraldehyde (“GA”) to an equal volume of 300 mM sodium borate (pH 9). The glutaraldehyde solution was then incubated at 60 ° C. for 1 hour. The solution was cooled to room temperature and the pH was adjusted to 5.5 using concentrated HCl. The solution was then quickly cooled to 4 ° C. on ice.
[0322]
Pretreated glutaraldehyde (25%) was added to the crystallization solution to a concentration of 2% in 0.05% increments (total concentration) at 15 minute intervals in a stepwise manner. Aliquots of the crystallization solution used ranged from 1 ml to 500 ml volumes. The crystals were then brought to 5% GA and incubated at 4 ° C. for 4 hours to crosslink. Finally, albumin cross-linked crystals were recovered by low speed centrifugation and washed repeatedly with pH 7.5, 100 mM Tris HCl. Washing was stopped when the crosslinked crystals could be centrifuged at high speed without agglomeration.
[0323]
Example 47 Crosslinking of penicillin acylase
Pretreated glutaraldehyde was prepared by the method of Example 46.
[0324]
Pretreated glutaraldehyde (25%) was added to the crystallization solution to a concentration of 1.5% using a 0.05% increment (total concentration) at 15 minute intervals in a stepwise fashion. Aliquots of the crystallization solution used ranged from 1 ml to 500 ml volumes. Finally, the cross-linked crystals were collected by low speed centrifugation and washed repeatedly with pH 7.5, 100 mM Tris HCl. Washing was stopped when the crosslinked crystals could be centrifuged at high speed without agglomeration.
[0325]
Example 48 Microencapsulation of protein crystals in polylactic acid-co-glycolic acid (PLGA)
A. Glycoproteins, proteins, enzymes, hormones, antibodies and peptides
Microencapsulation was performed using non-crosslinked crystals of lipase from Candida rugosa and Pseudomonas cepacia, glucose oxidase from Aspergillus niger, and penicillin acylase from Escherichia coli. Furthermore, microencapsulation was performed using a cross-linked enzyme crystal of lipase derived from Candida rugosa, glucose oxidase derived from Aspergillus niger, and penicillin acylase derived from Escherichia coli. Table 13 shows the approximate average diameter of the microsphere samples produced by this example. Furthermore, the produced human serum albumin or any other protein crystal or protein crystal formulation can be encapsulated by this technique.
[0326]
[Table 13]
B. Preparation of dry crystals:
Each of the crystals or crystal formulations dried according to Example 6 can be used to produce the microspheres of the present invention. One process for drying protein crystals for use in the present invention involves air drying.
[0327]
Candida rugosa lipase crystals from Example 1 (non-crosslinked and crosslinked), glucose oxidase from Examples 21 and 44 (non-crosslinked and crosslinked), and penicillin acylase from Examples 14 and 47 (non-crosslinked and crosslinked), respectively About 500 mg was air dried. First, the mother liquor was removed by centrifugation for 5 minutes at 3000 rpm. The crystals were then placed in a fume hood for 2 days at 25 ° C.
[0328]
(C. Polymer and solvent)
The polymer used to encapsulate the protein crystals was PLGA. PLGA is available from Birmingham Polymers, Inc. as 50/50 poly (DL-lactide-co-glycolide). From Lot No. D97188. This lot had an inherent viscosity of 0.44 dl / g at 30 ° C. in HFIP.
[0329]
Methylene chloride is spectroscopic grade and is available from Aldrich Chemical Co. Purchased from Milwaukee, WI. Polyvinyl alcohol was obtained from Aldrich Chemical Co. Purchased from Milwaukee, WI.
[0330]
(D. Crystal Encapsulation in PLGA)
The crystals were encapsulated in PLGA using the double emulsion method. The general process was as follows. Either a dry protein crystal or a slurry of protein crystals was first added to the polymer solution in methylene chloride. The crystals were coated with a polymer and became new microspheres. The polymer in organic solvent solution was then transferred to a larger volume of aqueous solution containing surfactant. As a result, the organic solvent began to evaporate and the polymer was cured. In this example, two successive aqueous solutions of decreasing concentrations of emulsifier were used to cure the polymer coat to form microspheres. The following procedure was one example of this general process. Those skilled in the art of polymer science will appreciate that many modifications of the procedure can be utilized and that the following examples are not intended to limit the invention.
[0331]
(1.0 Use of dried protein crystals)
Cross-linked and non-cross-linked Candida rugosa lipase dried crystals prepared according to Example 1, cross-linked and non-cross-linked glucose oxidase prepared according to Examples 21 and 45, according to Examples 14 and 47 The cross-linked and non-cross-linked penicillin acylase produced was weighed into a 150 mg sample. The weighed protein crystals were then added directly to a 15 ml polypropylene centrifuge tube (Fisher Scientific) containing 2 ml of methylene chloride and 0.6 g PLGA / 1 ml solvent PLGA. The crystals were added directly to the surface of the solvent. The tube was then mixed well by vortexing for 2 minutes at room temperature to completely disperse the protein crystals in a solvent containing PLGA. The crystals were completely coated with the polymer. In order to keep the nascent microspheres suspended, further vortexing or agitation may be used to allow further coating. The polymer can be cured as described in Section 3.0.
[0332]
(2.0 Use of protein crystal slurry)
A crystal slurry of Pseudomonas cepacia lipase was made using about 50 mg of crystals per 200 μl of mother liquor. The crystal slurry was rapidly injected into a 15 ml polypropylene centrifuge tube (Fisher Scientific) with 2 ml solution of methylene chloride and 0.6 g PLGA / 1 ml solvent poly (lactic acid-co-glycolic acid). The needle was inserted below the surface of the solvent and injected into the solution. In this case, 150 mg total protein, or 600 μl aqueous solution was injected. The plastic syringe Leur-lok (Becton-Dickinson & Company) was used to inject through a 22 gauge (Becton-Dockinson & Company) stainless steel needle. The protein crystal PLGA slurry was then thoroughly mixed by vortexing for 2 minutes at room temperature. The crystals were completely coated with the polymer. The nascent microspheres were maintained in suspension and further vortexed or agitated as necessary to further coat.
[0333]
(3.0 Curing of polymer coating)
A two-step process was utilized to facilitate removal of methylene chloride from the liquid polymer coat and to cure the polymer on protein crystals. The difference between the processes is that the concentration of the emulsifier is much higher in the first solution and the volume of the first solution is much smaller than in the second solution.
[0334]
In the first step, a polymer-coated crystal and methylene chloride suspension of 180 ml of 6% polyvinyl alcohol in water (hereinafter “PVA”) in water containing 0.5% methylene chloride at room temperature. Add dropwise to the stirred flask. This solution was mixed rapidly for 1 minute.
[0335]
In
[0336]
(Example 49)
(Preparation of encapsulated crystals)
Encapsulated microspheres of Pseudomonas cepacia lipase are prepared by a phase separation technique. Crystalline LPS prepared in Example 43 is encapsulated in polylactic-co-glycolic acid (“PLGA”) using a double emulsion method. A 700 mg aliquot of protein crystals is injected into methylene chloride containing PLGA (0.6 g PLGA / 1 ml solvent; 10 ml). The mixture is homogenized at 3,000 rpm for 30 seconds using a homogenizer equipped with a microfine chip. The resulting suspension is transferred to a stirred tank (900 ml) containing 6% poly (vinyl alcohol) (“PVA”) and methylene chloride (4.5 ml). The solution is mixed for 1 minute at 1,000 rpm. The microspheres in the PVA solution are precipitated by immersion in distilled water, washed and filtered. The microspheres are then washed with distilled water containing 0.1% Tween to reduce aggregation and dried with nitrogen at 4 ° C. for 2 days.
[0337]
(Example 50)
(A. Protein concentration of microspheres)
The total protein content of the microspheres prepared in Example 48 was measured. Triplicate samples of 25 mg PLGA / PVA microspheres were incubated in 1N sodium hydroxide for 48 hours with mixing. The protein content was then estimated using the Bradford method (MM Bradford, Analytical Biochemistry, vol. 72, pages 248-254 (1976)) and commercially available kits from BioRad Laboratories (Hercules, CA). Microspheres containing protein were compared to PLGA microspheres without crystals. This is shown in Table 14.
[0338]
[Table 14]
The activity per milligram or specific activity of the sample selected from Table 14 was determined. This is shown in Table 15.
[0339]
[Table 15]
(Example 51)
(Protein release from microspheres)
Protein release from the PLGA microspheres prepared in Example 48 was measured by placing 50 mg protein-encapsulated PLGA microspheres in a microcentrifuge filtration tube containing a 0.22 μm filter. Next, 600 μl of release buffer (phosphate buffered saline containing 0.2
[0340]
(A. Total protein released from microspheres)
Table 16 shows that nearly 90% of the input protein was recovered in all cases. In addition, the percentage of total Pseudomonas cepacia lipase released from microencapsulated protein crystals is released at a rate of 15.8% / day for about 5.7 days, or over 80% of the input protein. Until then, it was relatively steady. After this long rapid release, only 0.6% release per day lasted for 8 days.
In contrast, Table 16 further shows that Candida rugosa lipase crystals initially showed slow release followed by a rapid release phase followed by the opposite profile. In the first 3 days, approximately 10% of the protein was released with a gentle slope of 2.4% / day. From day 4 to
[0341]
These data indicate that the encapsulated proteins of the present invention are suitable for biological delivery of therapeutic proteins. Different rates of delivery depend on protein crystals, crystal selection, crystal cross-linking, hydrophobic and hydrophilic characteristics of the encapsulating polymer, number of encapsulations, microsphere dose, and other easily controllable variables Can be selected by manipulating the selection.
[0342]
[Table 16]
(B. Activity of proteins released from microspheres)
The biological activity of the protein released over time was measured using the olive oil assay for lipase microspheres. These results are shown in Table 17.
[0343]
As shown in Table 17, the biological activity of the released protein demonstrates that the microspheres protect and release the active protein. The cumulative rate of released activity calculated based on protein input was closely correlated with the total amount of protein released (compare Table 16 and Table 17). Two different crystalline lipases released essentially 100% active protein. Even after 7 days of immersion at 37 ° C., the protein released from the microspheres was fully active.
[0344]
[Table 17]
The activity measurements shown above were performed using the olive oil assay described in Example 8.
[0345]
(Example 52)
(Microscopic inspection of PLGA microspheres)
To visualize whether the crystals were intact after encapsulation, PLGA microspheres prepared according to Example 48 were prepared using Olympus equipped with a DXC-970MD 3CCD color video camera, camera adapter (CMA D2), and Image ProPlus software. Inspected under a BX60 microscope. Dry microsphere samples were covered with glass coverslips, mounted, and examined under an Olympus microscope with an Olympus UPLAN E1 objective 10 × 0.30 PH1 (phase difference) under a magnification of 10 ×. The crystals were easily visualized and the crystal size was determined. Microsphere size and crystal size were determined using Image Pro software from Olympus and 0.5-150 μm sizing beads provided by the manufacturer. The outer size of the PLGA microspheres was determined and the crystals were determined in the same way.
[0346]
FIG. 17 shows a Candida rugosa lipase cross-linked enzyme crystal encapsulated by the method of Example 48. The crystal size was about 25 μm and the microspheres were about 90 μm. The enlargement ratio was 250 ×.
[0347]
FIG. 18 shows non-crosslinked enzyme crystals of lipase from Candida rugosa encapsulated by the method of Example 48. The crystal size was about 25 μm and the microspheres were about 120 μm. The enlargement ratio was 250 ×.
[0348]
FIG. 19 shows a cross-linked enzyme crystal of penicillin acylase from Escherichia coli encapsulated by the method of Example 48. The crystal size was about 25 μm and the microspheres were about 70 μm. The enlargement ratio was 250 ×.
[0349]
FIG. 20 shows non-crosslinked enzyme crystals of penicillin acylase from Escherichia coli encapsulated by the method of Example 48. The crystal size was about 50 μm and the microspheres were about 90 μm. The enlargement ratio was 250 ×.
[0350]
FIG. 21 shows a cross-linked enzyme crystal of glucose oxidase from Aspergillus niger encapsulated by the method of Example 48. The crystal size ranged from 0.5-1 μm and the microspheres were about 50 μm. The enlargement ratio was 500 ×.
[0351]
FIG. 22 shows non-crosslinked enzyme crystals of glucose oxidase from Aspergillus niger encapsulated by the method of Example 48. The crystal size ranged from 0.5-1 μm and the microspheres were about 50 μm. The enlargement ratio was 500 ×.
[0352]
FIG. 23 shows non-crosslinked enzyme crystals of lipase from Pseudomonas cepacia encapsulated as a slurry in mother liquor by the method of Example 48. The crystal size was about 2.5 μm and the microspheres were about 60 μm. The enlargement ratio was 500 ×.
[0353]
FIG. 24 shows a non-crosslinked enzyme crystal of a lipase derived from Pseudomonas cepacia. The crystal size was about 2.5 μm. The enlargement ratio was 1000 ×.
[0354]
(Example 53)
(Protein release)
Protein release from PLGA microspheres is measured by placing 50 mg of PLGA microspheres in a microcentrifuge filter tube containing a 0.22 μm filter. A 600 μl aliquot of release buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 100 mM NaCl, 0.02% Tween, 0.02% azide) is added to the microspheres on the retention side of the filter and suspended. To do. The tube is sealed with a 3 cc vial stopper and the parafilm is covered. The microspheres are then incubated at 37 ° C. Samples are obtained over time by centrifugation of the tube (13,000 rpm, 1 minute). The filtrate is removed and the microspheres are resuspended with 600 μl of release buffer. The quality of the released protein is assayed by SEC-HPLC and enzyme activity.
[0355]
The shape and size of the protein crystals can be selected to adjust the rate of dissolution or other properties of the protein crystal formulation of the present invention.
[0356]
(Example 54)
(Encapsulation of lipase crystals using biological polymers)
Biological polymers are also useful for the encapsulation of protein crystals. This example demonstrates the encapsulation of cross-linked and non-cross-linked crystals of Candida rugosa lipase crystals. Non-crosslinked crystals and crosslinked crystals were prepared as described in Example 1 and Example 45. Antibodies and chemicals were purchased from Sigma.
[0357]
(1.0 Preparation of coated crystals)
A solution of 1.5 ml bovine serum albumin (“BSA”) at 10 mg / ml was prepared in 5 mM phosphate buffer adjusted to pH 7. Then, a 10 mg / ml suspension of 15 ml of Candida rugosa lipase crystals was prepared in 5 mM K / Na phosphate buffer, 1 M NaCl, pH 7 (“buffer”). BSA solution was added to the crystal solution and the two solutions were mixed well. The crystals were incubated with gentle mixing in BSA for 30 minutes using an orbital shaker. Following incubation with BSA, the crystals were dried overnight by vacuum filtration. The dried crystals were resuspended in a buffer without albumin. Crystals can be detected in washings measured at an absorbance of 280 nm until no protein can be detected or A280nmWashed with buffer until was less than 0.01. The crystals were recovered by low speed centrifugation.
[0358]
(2.0 Detection of albumin coating)
The coated crystals were evaluated by Western blot to confirm the presence of the albumin layer. Following washing, the coated protein crystals were incubated overnight in 100 mM NaOH to dissolve the microspheres into the component proteins. Samples were neutralized, filtered and analyzed by SDS-Blot according to Sambrook et al., “Molecular Cloning: A Laboratory Manual”, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989).
[0359]
SDS-PAGE immunoblot results of both albumin-coated cross-linked crystal microspheres and albumin-coated non-cross-linked crystal microspheres of Candida ragosa lipase showed a single immunoreactive species with the same molecular weight as albumin.
[0360]
Samples of Candida ragosa lipase albumin-coated crosslinked crystal microspheres and albumin-coated uncrosslinked crystal microspheres were incubated with a fluorescently labeled anti-BSA antibody that specifically recognizes and binds bovine serum albumin. Excess antibody was then removed by washing with phosphate buffer. Microscopic examination of these fluorescently labeled albumin coated crystal microspheres under a fluorescence microscope showed specific fluorescent labeling of the microspheres. Uncoated lipase crystals were used as controls and they did not show specific binding of the antibody.
[0361]
Although we have described many embodiments of the present invention above, we have altered our basic constructs to provide other embodiments that utilize the processes and compositions of the present invention. Obviously it can be done. Accordingly, it is understood that the scope of the invention should be defined by the claims appended hereto rather than by the specific embodiments shown above for purposes of illustration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the relative stability of the following molecular states of Candida rugosa lipase: cross-linked amorphous, liquid, crystal in 20% organic solvent, cross-linked crystal in 20% organic solvent, without organic solvent Cross-linked crystals (“Xlinke ppt” indicates cross-linked precipitate).
FIG. 2 shows the specific activity of soluble lipase over time at 40 ° C.
FIG. 3 shows the storage stability of a lipase crystal formulation dried by
FIG. 4 shows the storage stability of a lipase crystal formulation dried by Method 4 at 40 ° C. and 75% humidity.
FIG. 5 shows lipase crystals formulated with polyethylene oxide at an initial time of 0.
FIG. 6 shows lipase crystals formulated with polyethylene oxide after incubation for 129 days at 40 ° C. and 75% humidity.
FIG. 7 shows human serum albumin crystals formulated with gelatin at an initial time of 0.
FIG. 8 shows human serum albumin crystals formulated with gelatin after incubation at 50 ° C. for 4 days.
FIG. 9 shows the specific activity of soluble penicinine acylase at 55 ° C. over time.
FIG. 10 shows the storage stability of various dry penicillin acylase crystal formulations at 55 ° C.
FIG. 11 shows the specific activity of soluble glucose oxidase over time.
FIG. 12 shows the storage stability of various dry glucose oxidase crystal formulations at 50 ° C.
FIG. 13 shows glucose oxidase crystals formulated with lactitol at an initial time of 0.
FIG. 14 shows glucose oxidase crystals formulated with lactitol after incubation at 50 ° C. for 13 days.
FIG. 15 shows glucose oxidase crystals formulated with trehalose at an initial time of 0.
FIG. 16 shows glucose oxidase crystals formulated with trehalose after 13 days incubation at 50 ° C.
FIG. 17 shows encapsulated and cross-linked enzyme crystals of lipase from Candida rugosa.
FIG. 18 shows encapsulated and uncrosslinked enzyme crystals of lipase from Candida rugosa.
FIG. 19 shows encapsulated and crosslinked enzyme crystals of penicillin acylase from Escherichia coli.
FIG. 20 shows encapsulated and uncrosslinked enzyme crystals of penicillin acylase from Escherichia coli.
FIG. 21 shows encapsulated and crosslinked enzyme crystals of glucose oxidase from Aspergillus niger.
FIG. 22 shows encapsulated and uncrosslinked enzyme crystals of glucose oxidase from Aspergillus niger.
FIG. 23 shows an encapsulated aqueous slurry of non-crosslinked enzyme crystals of lipase from Pseudomonas cepacia.
FIG. 24 shows an uncrosslinked enzyme crystal of lipase from Pseudomonas cepacia.
Claims (6)
(a)酵素の結晶、および
(b)スクロース、トレハロース、ラクチトール、ゼラチン、ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン、およびメトキシポリエチレングリコールからなる群から選択される、少なくとも1つの賦形剤、
を含む処方物であって、ここで該処方物は、T1/2で測定した場合、40〜55℃の溶液中の該酵素の結晶の可溶性形態よりも、該処方物を40〜55℃で貯蔵した場合、少なくとも60倍より長い有効期限を有する、処方物。Less than:
(A) enzyme crystals, and (b) at least one excipient selected from the group consisting of sucrose, trehalose, lactitol, gelatin, hydroxypropyl-β-cyclodextrin, and methoxypolyethylene glycol;
A formulation comprising, wherein said formulation, when measured by the T 1/2, than the soluble form of a crystal of the enzyme in a solution of 40 to 55 ° C., the formulation 40 to 55 ° C. A formulation having an expiration date that is at least 60 times longer when stored in.
(a)請求項1〜4のいずれか一項に記載の処方物;ならびに、
(b)少なくとも1つのポリマーキャリア、
を含む組成物であって、ここで該処方物は、該ポリマーキャリアのマトリックス内にカプセル化される、組成物。A composition for the release of an enzyme , the composition comprising:
(A) prescribing as claimed in any one of claims 1-4; and,
(B) at least one polymer carrier;
A composition comprising: wherein the formulation is encapsulated within a matrix of the polymer carrier.
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