JP7703811B2 - Glycan-presenting particles and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、エキソソーム(Exosome)を模倣した糖鎖提示粒子およびその製造方法、その利用方法に関する。本発明は、がん糖鎖パターンを粒子表面に提示する糖鎖提示粒子およびその製造方法に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、2019年9月20日出願の日本特願2019-171135号の優先権を主張し、その全記載は、ここに特に開示として援用される。
The present invention relates to a glycan-presenting particle that mimics an exosome, a method for producing the same, and a method for using the same.The present invention relates to a glycan-presenting particle that presents a cancer glycan pattern on the particle surface, and a method for producing the same.
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2019-171135, filed on September 20, 2019, the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference.
医薬品の治療効果を高めるためにはその疾患の原因となる、あるいは病態の増悪因子となる標的分子が高発現する特定の臓器や組織にその医薬品を選択的に送達する技術(ドラッグデリバリーシステム、以下DDSと略す)が重要である。現在、PEG修飾リポソームを活用した抗腫瘍ナノ医薬(anticancer nanomedicine)が承認・上市されている。これらのナノ医薬の薬効は基本的にがん組織において顕著なEPR(enhanced permeability and retention)効果に依存するとされてきたが、そのEPR効果はがんの種類、部位、進行度、さらにがん細胞と周辺の間質(細胞外マトリックス)を構成する様々な接着分子など多くの因子によって大きく影響されることが明らかとなっている(非特許文献1、2など)。EPR効果に有利な、より高度な分子設計が可能な無機・金属ナノ微粒子(金ナノ微粒子、量子ドット、シリカ系微粒子等をコアとする)をポリエチレングリコール(PEG)修飾化合物等により被覆した様々な人工細胞外微粒子によるDDSの研究開発が活発に進められてきた。In order to enhance the therapeutic effect of a drug, it is important to have a technology (drug delivery system, hereafter abbreviated as DDS) that selectively delivers the drug to a specific organ or tissue where the target molecule that causes the disease or is an aggravating factor of the pathology is highly expressed. Currently, anticancer nanomedicines using PEG-modified liposomes have been approved and marketed. The efficacy of these nanomedicines has been said to depend essentially on the enhanced permeability and retention (EPR) effect, which is prominent in cancer tissues, but it has become clear that the EPR effect is greatly influenced by many factors, including the type, site, and progression of cancer, as well as various adhesion molecules that constitute the cancer cells and the surrounding interstitium (extracellular matrix) (Non-Patent
しかし、最近これらのリポソームや金属ナノ微粒子を含むほとんどのナノ医薬が実際には投与した実験動物の生体内で期待したような体内動態(例えば、がん組織での取り込み能)を実現できていなかったという調査結果が報告されている(非特許文献3)。驚いたことに、過去10年間に発表された232篇の論文を対象にした調査では標的としたがん組織に到達したナノ医薬は投与量の約0.7%(平均値)に過ぎなかったという。血管内に投与したほとんどのナノ微粒子型医薬品は速やかに肝臓に集積してマクロファージなどの貪食細胞に取り込まれて分解・排泄されるというが、これは血液中のアルブミンをはじめとする様々なタンパク質の非特異吸着により形成するナノ微粒子表面の「タンパク質コロナ」の性質に大きく依存するという(非特許文献4など)。
一方、個々のがん細胞の浸潤・転移、さらに臓器指向性(転移先)はがん細胞由来のエキソソーム(細胞外ナノ微粒子)が決定しているという最近の多くの報告を根拠としてがん細胞由来エキソソームの研究が盛んに行われており、エキソソーム及び内包される様々なマイクロRNAの機能を利用する新たな医薬品開発を指向する事例も見られる(例えば、非特許文献5)。
However, recent research results have shown that most nanomedicines, including liposomes and metal nanoparticles, do not actually achieve the expected pharmacokinetics (e.g., uptake in cancer tissue) in the living body of experimental animals to which they are administered (Non-Patent Document 3). Surprisingly, a survey of 232 papers published in the past 10 years showed that only about 0.7% (average) of the administered dose of nanomedicine reached the targeted cancer tissue. Most nanoparticle-type drugs administered intravascularly are said to rapidly accumulate in the liver and are taken up by phagocytes such as macrophages, where they are decomposed and excreted, but this is said to be largely dependent on the properties of the "protein corona" on the surface of the nanoparticles, which is formed by non-specific adsorption of various proteins, including albumin, in the blood (Non-Patent
On the other hand, based on many recent reports that the invasion, metastasis, and even organ tropism (metastasis destination) of individual cancer cells are determined by exosomes (extracellular nanoparticles) derived from cancer cells, research on cancer cell-derived exosomes has been actively conducted, and there are also cases aiming at the development of new pharmaceuticals that utilize the functions of exosomes and the various microRNAs contained therein (e.g., Non-Patent Document 5).
エキソソームは、細胞内に形成された膜小胞が、細胞外に放出されたものであり、細胞間の情報伝達のツールとして機能している。しかし、エキソソームのサイズや積載分子の不均一性、さらにがん細胞・組織に由来するエキソソームの精製が困難なため具体的な分子レベルでの臓器指向性メカニズムについてはほとんど不明である。Exosomes are membrane vesicles formed intracellularly and released to the outside of the cell, and function as a tool for intercellular information transmission. However, due to the heterogeneity of exosome size and the molecules they carry, as well as the difficulty of purifying exosomes derived from cancer cells and tissues, the specific molecular mechanism of organ tropism remains largely unknown.
特許文献1:WO2017/131242A1/US2020138973(A1) Patent Document 1: WO2017/131242A1/US2020138973(A1)
非特許文献1:Prabhakar et al., Cancer Res. 2013, 73, 2412-2417
非特許文献2:Danhier, J. Control. Release 2016, 244, 108-121
非特許文献3:W. C. W. Chan et al., Nat. Mater. 2016, 1, 1-12
非特許文献4:K. A. Dawson et al., Nat. Biotech. 2012, 7, 779-786
非特許文献5:R. Kalluri, J. Clin. Invest. 2016, 126, 1208-1215
非特許文献6:S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517
非特許文献7:S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086;
非特許文献8:M. Colombo, et al., Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2014, 30, 255-289
非特許文献9:S.-I. Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Engl. Ed. 2005, 44, 91-96
特許文献1及び非特許文献1~9の全記載は、ここに特に開示として援用される。
Non-patent document 1: Prabhakar et al., Cancer Res. 2013, 73, 2412-2417
Non-patent document 2: Danhier, J. Control. Release 2016, 244, 108-121
Non-patent document 3: WCW Chan et al., Nat. Mater. 2016, 1, 1-12
Non-patent document 4: KA Dawson et al., Nat. Biotech. 2012, 7, 779-786
Non-patent document 5: R. Kalluri, J. Clin. Invest. 2016, 126, 1208-1215
Non-patent document 6: S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517
Non-patent document 7: S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086;
Non-patent document 8: M. Colombo, et al., Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2014, 30, 255-289
Non-patent document 9: S.-I. Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Engl. Ed. 2005, 44, 91-96
The entire disclosures of Patent Document 1 and Non-Patent Documents 1 to 9 are expressly incorporated herein by reference.
血中には多くの細胞から放出されたエキソソームが存在し、例えば、がん患者において、がん細胞・組織に由来するエキソソームのみ精製することが困難なため具体的な分子レベルでの臓器指向性メカニズムについてはほとんど不明であった。 Exosomes released from many cells are present in the blood, but for example, in cancer patients, it is difficult to purify only exosomes derived from cancer cells and tissues, so the specific organ tropism mechanism at the molecular level remains largely unknown.
本発明の目的は、細胞間の情報伝達のツールであるエキソソームを模倣した粒子を人工的に構築することにある。そして、情報の送り手から放出されるエキソソームの体内動態を利用する新しい技術を提供することにある。The objective of the present invention is to artificially construct particles that mimic exosomes, which are a tool for intercellular information transmission, and to provide a new technology that utilizes the in vivo dynamics of exosomes released from the sender of information.
より具体的には、がん細胞由来エキソソームのモデルとして極めて有効であり、転移機能解析を対象とする種々の分子を担持した糖鎖提示粒子の体内投与後の動態や臓器指向性の予測法の提供、さらにヒトでの臨床を可能とする、がん転移予防や治療のための新たなナノ微粒子DDSの開発を実現するための技術の提供を目的とする。さらに本発明は、がん細胞の転移性を示唆することができる糖鎖パターンの決定方法も提供することを目的とする。 More specifically, the present invention aims to provide a method for predicting the dynamics and organ tropism after in vivo administration of glycan-presenting particles carrying various molecules that are extremely useful as models of cancer cell-derived exosomes and are the subject of metastasis function analysis, and to provide technology for realizing the development of new nanoparticle DDS for preventing and treating cancer metastasis that will enable clinical use in humans. Another aim of the present invention is to provide a method for determining glycan patterns that can suggest the metastatic potential of cancer cells.
本発明は、エキソソームの表面が、これを放出する細胞の糖鎖と同様のパターンにて糖鎖を提示していることに着目した。すなわち、例えば、がん細胞の転移の場合、がん細胞から放出されるエキソソームが、がん細胞の体内動態を導く先導的な役割を果たすと考えられる。エキソソームを取り込む様々な細胞や臓器は最初にエキソソーム膜表面の嵩高い糖衣(Glycocalix)と遭遇する可能性が高い。本発明では、この事実に着目して、がん細胞由来のエキソソームにおける体内動態、特に体内での移動及び排出並びに臓器や組織への分布あるいは集積(臓器指向性)はエキソソーム膜表面の糖鎖パターンによって先導および決定されていることを見出し、本発明を完成するに至った。The present invention focuses on the fact that the surface of exosomes presents glycans in a pattern similar to that of the glycans of the cells that release them. That is, for example, in the case of cancer cell metastasis, exosomes released from cancer cells are thought to play a leading role in guiding the in vivo dynamics of cancer cells. Various cells and organs that take up exosomes are likely to first encounter the bulky glycocalyx on the exosome membrane surface. In the present invention, focusing on this fact, it was found that the in vivo dynamics of cancer cell-derived exosomes, particularly their movement and excretion within the body, and their distribution or accumulation in organs and tissues (organ tropism), are led and determined by the glycan pattern on the exosome membrane surface, and the present invention was completed.
具体的には、ヒト培養がん細胞のN型糖鎖をグライコブロッティング法により全ての糖鎖をナノソーム膜表面に提示することでヒトがん細胞由来エキソソーム模倣微粒子を作製でき、これらを直接マウスに静脈内投与して体内動態をリアルタイムで観察することで、ヒトがん細胞由来エキソソームの体内動態と臓器指向性が簡単に判定できることが明らかとなった。さらに、その結果をもとに人工的に作製したがん特異的糖鎖パターンを提示したエキソソームを模倣した粒子が投与後に意図した通りの体内動態を再現したことから本技術により予め個々のがん転移における臓器指向性に適応したテイラーメイドDDSを分子設計するという新しい概念に基づく創薬が可能となることが実証でき、本発明を完成した。Specifically, human cancer cell-derived exosome-mimicking microparticles could be produced by presenting all N-glycans of cultured human cancer cells on the nanosome membrane surface using the glycoblotting method, and these were directly administered intravenously to mice to observe their pharmacokinetics in real time, revealing that the pharmacokinetics and organ tropism of human cancer cell-derived exosomes could be easily determined. Furthermore, based on the results, artificially created particles mimicking exosomes that presented cancer-specific glycan patterns reproduced the intended pharmacokinetics after administration, demonstrating that this technology enables drug discovery based on the new concept of molecular design of a tailor-made DDS that is adapted to the organ tropism of individual cancer metastases, thus completing the present invention.
本発明は以下の通りである。
[1]
糖鎖を表面に有するナノ粒子である糖鎖提示粒子であって、
(1)糖鎖提示粒子の平均粒子径は10~100nmの範囲であり、
(2)ナノ粒子の表面の少なくとも一部はリン脂質で被覆されており、
(3)ナノ粒子表面に有する糖鎖は、がん細胞依頼の糖鎖パターンまたはこの糖鎖のプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターン(以下、がん糖鎖パターンと呼ぶ)である、
糖鎖提示粒子。
[2]
がん糖鎖パターンは、
(1)体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンA、
(2)体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンB、
(3)体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンC、
(4)体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンDからなる群から選択される糖鎖パターンである、[1]に記載の糖鎖提示粒子。
[3]
がん糖鎖パターンAは、糖鎖の45モル%以上が末端ハイマンノース型糖鎖であり、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンBは、糖鎖の末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンCは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多く、
がん糖鎖パターンDは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつα2,3シアル酸型糖鎖の含有量がα2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い、[2]に記載の糖鎖提示粒子。
[4]
ナノ粒子表面の少なくとも一部を被覆するリン脂質は、ホスホリルコリン基を有するアルカンチオールのスルフィド結合体であり、ナノ粒子表面に有する糖鎖は、糖鎖を固定化したアルカンチオールのスルフィド結合体であり、ナノ粒子表面はホスホリルコリン基を有するアルカンチオールのスルフィド結合体および糖鎖を固定化したアルカンチオールのスルフィド結合体の単分子膜で被覆されたナノ粒子である[1]~[3]のいずれかに記載の糖鎖提示粒子。
[5]
前記ホスホリルコリン基を有するアルカンチオールのスルフィド結合体が、下記一般式(A)で示され、
前記糖鎖を固定化したアルカンチオールのスルフィド結合体が、下記一般式(B)で示される、[4]に記載の糖鎖提示粒子。
[6]
薬剤部位をさらに有する、[1]~[5]のいずれか1項に記載の糖鎖提示粒子。
[7]
前記単分子膜は、下記一般式(C)で示される、薬剤部位を有するアルカンチオールのスルフィド結合体をさらに含む、[4]または[5]に記載の糖鎖提示粒子。
[8]
異なるがん糖鎖パターンを有する2種類以上の糖鎖提示粒子を含有し、糖鎖提示粒子は、[1]~[7]のいずれか1項に記載の糖鎖提示粒子である、糖鎖提示粒子キット。
[9]
異なるがん糖鎖パターンが、[2]に記載のパターンA~Dのいずれか2種以上の糖鎖パターンである、[8]に記載の糖鎖提示粒子キット。
[10]
糖鎖提示粒子は、[6]または[7]に記載の薬物部位をさらに有する糖鎖提示粒子である、[8]に記載の糖鎖提示粒子キット。
[11]
[6]または[7]に記載の糖鎖提示粒子を有効成分として含有する、がん転移予防薬。
[12]
[6]または[7]に記載の糖鎖提示粒子を有効成分として含有する、がん治療薬。
[13]
被検者から採取したがん細胞から、がん細胞の糖鎖をプロファイルし、プロファイルした糖鎖に基づいて糖鎖パターンを決定することを含む、がん細胞の糖鎖パターン決定方法。
[14]
糖鎖パターンの決定は、プロファイルした糖鎖が、
(1)体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンA、
(2)体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンB、
(3)体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンC、及び
(4)体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンDからなる群から選択される何れの糖鎖パターンであるかを特定することで行う、[13]に記載の決定方法。
[15]
がん糖鎖パターンAは、糖鎖の45モル%以上が末端ハイマンノース型糖鎖であり、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンBは、糖鎖の末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンCは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多く、
がん糖鎖パターンDは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつα2,3シアル酸型糖鎖の含有量がα2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い、[14]に記載の決定方法。
[16]
がん細胞の糖鎖プロファイルが糖鎖パターンAの場合、被検者が有するがん細胞はタイプ1の体内動態を示し、がん細胞の転移傾向が低いことを示唆し、
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンBの場合、被検者が有するがん細胞はタイプ2の体内動態を示し、がん細胞が肝臓及び脾臓への転移傾向があることを示唆し、
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンCの場合、被検者が有するがん細胞はタイプ3の体内動態を示し、がん細胞が腋窩及び鎖骨上リンパ節への転移傾向があることを示唆し、
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンDの場合、被検者が有するがん細胞はタイプ4の体内動態を示し、がん細胞が肺、肝臓、脾臓、脳及び腎臓への転移傾向があることを示唆する、[14]又は[15]に記載の決定方法。
[17]
表面の少なくとも一部をリン脂質で被覆されたナノ粒子の表面に、がん糖鎖パターンを提示することを含む、[1]~[7]のいずれか1項に記載の糖鎖提示粒子の製造方法。
[18]
前記提示されるがん糖鎖パターンは、被検者から採取したがん細胞の糖鎖を切り出したがん糖鎖パターン、又は、被検者から採取したがん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンである、[17]に記載の製造方法。
[19]
前記表面の少なくとも一部をリン脂質で被覆されたナノ粒子は、下記一般式(D)で示される架橋前駆体X及び下記一般式(E)で示されるリン脂質前駆体とコロイド状ナノ粒子とを混合して、ナノ粒子の表面に架橋前駆体X及びリン脂質を担持した表面修飾ナノ粒子を得ることで実施できる、[17]又は[18]に記載の製造方法。
[20]
がん糖鎖パターンの提示は、表面修飾ナノ粒子に導入された一般式(D)で示される架橋前駆体Xが有するアミノオキシ基と、被検者から採取したがん細胞の糖鎖を切り出したがん糖鎖パターン、又は、被検者から採取したがん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンに含まれる糖鎖が有する還元末端とをグライコブロッティング法により反応させることで行う、[19]に記載の製造方法。
[21]
プロファイルに基づいて決定される糖鎖パターンは、糖鎖成分の種類と含有量をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、あるいは糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とした糖鎖パターンである[18]~[20]のいずれか1項に記載の製造方法。
The present invention is as follows.
[1]
A glycan-presenting particle which is a nanoparticle having a glycan on the surface thereof,
(1) the average particle size of the glycan-presenting particle is in the range of 10 to 100 nm;
(2) At least a portion of the surface of the nanoparticle is covered with a phospholipid;
(3) The glycans on the nanoparticle surface have a glycan pattern specific to cancer cells or a glycan pattern determined based on the glycan profile (hereinafter referred to as a cancer glycan pattern).
Glycan-displaying particles.
[2]
Cancer glycan patterns are
(1) Glycosylation pattern A, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal high mannose type glycans;
(2) Glycosylation pattern B, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
(3) Glycosylation pattern C, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans;
(4) The glycan-presenting particle according to [1], which has a glycan pattern selected from the group consisting of glycan pattern D, the pharmacokinetics of which mainly depends on terminal α2,3 sialic acid type glycans.
[3]
Cancer glycan pattern A is characterized in that 45 mol % or more of the glycans are terminal high mannose type glycans, and 0% or more and less than 2% are terminal sialic acid type glycans;
Cancer glycan pattern B is characterized in that terminal high mannose type glycans are less than 45% and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%;
Cancer glycan pattern C is characterized in that 2-100% of the glycans are terminal sialic acid type glycans, and the content of terminal α2,6 sialic acid type glycans is greater than the content of terminal α2,3 sialic acid type glycans;
The glycan-presenting particle according to [2], wherein cancer glycan pattern D is a glycan in which 2-100% of the glycans are terminal sialic acid glycans and the content of α2,3 sialic acid glycans is higher than the content of α2,6 sialic acid glycans.
[4]
The glycan-presenting particle according to any one of [1] to [3], wherein the phospholipid covering at least a part of the nanoparticle surface is a sulfide bond of an alkanethiol having a phosphorylcholine group, the glycan on the nanoparticle surface is a sulfide bond of an alkanethiol having a glycan immobilized thereon, and the nanoparticle surface is a nanoparticle covered with a monomolecular film of the sulfide bond of an alkanethiol having a phosphorylcholine group and the sulfide bond of an alkanethiol having a glycan immobilized thereon.
[5]
The sulfide bond of an alkanethiol having a phosphorylcholine group is represented by the following general formula (A):
The sugar chain-presenting particle according to [4], wherein the sulfide bond of alkanethiol to which the sugar chain is immobilized is represented by the following general formula (B):
[6]
The sugar chain-presenting particle according to any one of [1] to [5], further comprising a drug moiety.
[7]
The sugar chain-presenting particle according to [4] or [5], wherein the monolayer further contains a sulfide bond of an alkanethiol having a drug moiety, represented by the following general formula (C):
[8]
A glycan-presenting particle kit comprising two or more types of glycan-presenting particles having different cancer glycan patterns, the glycan-presenting particles being the glycan-presenting particles described in any one of [1] to [7].
[9]
The glycan-presenting particle kit according to [8], wherein the different cancer glycan patterns are any two or more of the glycan patterns A to D according to [2].
[10]
The glycan-presenting particle kit according to [8], wherein the glycan-presenting particle is a glycan-presenting particle further having the drug moiety according to [6] or [7].
[11]
A drug for preventing cancer metastasis, comprising the glycan-presenting particle according to [6] or [7] as an active ingredient.
[12]
A cancer therapeutic agent comprising the glycan-presenting particle according to [6] or [7] as an active ingredient.
[13]
A method for determining a glycan pattern of cancer cells, comprising profiling glycans of cancer cells collected from a subject, and determining the glycan pattern based on the profiled glycans.
[14]
The determination of the glycan pattern is carried out by determining whether the profiled glycans are
(1) Glycosylation pattern A, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal high mannose type glycans;
(2) Glycosylation pattern B, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
The method of determining the glycan pattern described in [13], which is carried out by identifying which glycan pattern is selected from the group consisting of (3) glycan pattern C, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans, and (4) glycan pattern D, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,3 sialic acid type glycans.
[15]
Cancer glycan pattern A is characterized in that 45 mol % or more of the glycans are terminal high mannose type glycans, and 0% or more and less than 2% are terminal sialic acid type glycans;
Cancer glycan pattern B is characterized in that terminal high mannose type glycans are less than 45% and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%;
Cancer glycan pattern C is characterized in that 2-100% of the glycans are terminal sialic acid type glycans, and the content of terminal α2,6 sialic acid type glycans is greater than the content of terminal α2,3 sialic acid type glycans;
The method for determining cancer glycan pattern D according to [14], wherein 2-100% of glycans are terminal sialic acid type glycans and the content of α2,3 sialic acid type glycans is higher than the content of α2,6 sialic acid type glycans.
[16]
When the glycan profile of the cancer cells is glycan pattern A, the cancer cells of the subject exhibit type 1 pharmacokinetics, suggesting that the cancer cells have a low tendency to metastasize;
When the glycan profile is glycan pattern B, the cancer cells of the
When the glycan profile is glycan pattern C, the cancer cells of the subject exhibit type 3 pharmacokinetics, suggesting that the cancer cells have a tendency to metastasize to the axillary and supraclavicular lymph nodes;
The method of determining according to [14] or [15], wherein when the glycan profile is glycan pattern D, the cancer cells carried by the
[17]
A method for producing a glycan-presenting particle according to any one of [1] to [7], comprising presenting a cancer glycan pattern on the surface of a nanoparticle at least a portion of which is coated with a phospholipid.
[18]
The manufacturing method described in [17], wherein the presented cancer glycan pattern is a cancer glycan pattern obtained by excising glycans from cancer cells collected from a subject, or a glycan pattern determined based on the profile obtained by profiling the glycans of cancer cells collected from a subject.
[19]
The nanoparticles having at least a part of the surface coated with a phospholipid can be produced by mixing a crosslinked precursor X represented by the following general formula (D) and a phospholipid precursor represented by the following general formula (E) with a colloidal nanoparticle to obtain a surface-modified nanoparticle carrying the crosslinked precursor X and the phospholipid on the surface of the nanoparticle, according to the production method described in [17] or [18].
[20]
The cancer glycan pattern is presented by reacting, by glycoblotting, an aminooxy group of the crosslinked precursor X represented by general formula (D) introduced into the surface-modified nanoparticle with a cancer glycan pattern obtained by cutting out the glycan of a cancer cell collected from a subject, or with a reducing end of a glycan contained in a glycan pattern determined based on a profile obtained by profiling the glycans of the cancer cell collected from the subject, in the manufacturing method described in [19].
[21]
The method for producing a glycan pattern according to any one of [18] to [20], wherein the glycan pattern determined based on the profile is a glycan pattern in which the types and amounts of glycan components are identical to those of the profile, or a glycan pattern in which the types and amounts of glycan components are partially identical to those of the profile.
本発明によれば、原発巣のがん細胞の転移先を予測できる、特定の体内動態を示す、がん糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子を提供できる。この糖鎖提示粒子は、例えば、マウスに静脈内投与することで、がん糖鎖パターンが先導するがん転移のプロセスをリアルタイムで可視化することができる。さらに本発明によれば、かん転移の予防、がん治療において有効なDDS技術を提供することもできる。さらに本発明によれば、がん細胞の転移性を示唆することができる糖鎖パターンの決定方法も提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide glycan-presenting particles having a cancer glycan pattern that exhibits specific pharmacokinetics and can predict the metastatic destination of cancer cells from a primary focus. By intravenously administering these glycan-presenting particles to mice, for example, it is possible to visualize the process of cancer metastasis led by the cancer glycan pattern in real time. Furthermore, according to the present invention, it is also possible to provide a DDS technology that is effective in preventing metastasis and treating cancer. Furthermore, according to the present invention, it is also possible to provide a method for determining a glycan pattern that can suggest the metastatic potential of cancer cells.
<糖鎖提示粒子>
本発明は、糖鎖を表面に有するナノ粒子である糖鎖提示粒子に関し、この糖鎖提示粒子は、
(1)糖鎖提示粒子の平均粒子径は10~100nmの範囲であり、
(2)ナノ粒子の表面の少なくとも一部はリン脂質で被覆されており、
(3)ナノ粒子表面に有する糖鎖は、がん細胞由来の糖鎖パターン、またはこの糖鎖のプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンを模したパターン(がん糖鎖パターン)である。
<Glycan-displaying particles>
The present invention relates to a sugar chain-presenting particle, which is a nanoparticle having a sugar chain on the surface thereof. The sugar chain-presenting particle comprises:
(1) the average particle size of the glycan-presenting particle is in the range of 10 to 100 nm;
(2) At least a portion of the surface of the nanoparticle is covered with a phospholipid;
(3) The glycans on the nanoparticle surface have a glycan pattern derived from cancer cells, or a pattern that mimics a glycan pattern determined based on the profile of this glycan (cancer glycan pattern).
本発明の糖鎖提示粒子は、ナノ粒子の表面にリン脂質の被覆及びがん糖鎖パターンを有する。本願明細書において糖鎖パターンとは、表面の糖鎖プロファイルに基づく2以上の異なる糖鎖からなる糖鎖の集団において、特定の種類の糖鎖の存在の有無または特定の種類の糖鎖の存在量により特定されるパターンを意味する。糖鎖パターンは、糖鎖成分の種類とそれらの含有量により特定される。The glycan-presenting particles of the present invention have a phospholipid coating and a cancer glycan pattern on the surface of the nanoparticles. In this specification, the glycan pattern means a pattern specified by the presence or absence of a specific type of glycan or the amount of a specific type of glycan present in a glycan population consisting of two or more different glycans based on the glycan profile of the surface. The glycan pattern is specified by the type of glycan component and its content.
したがって、本発明において、がん細胞の糖鎖をそのまま捕捉し提示した糖鎖提示粒子は、がん細胞に由来する糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子である。また、がん細胞の糖鎖をプロファイルし、プロファイルに基づいて糖鎖パターンを決定し、この決定された糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子も、本発明における糖鎖提示粒子である。プロファイルに基づいて決定される糖鎖パターンは、糖鎖成分の種類と含有量をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、あるいは糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、のいずれでもよい。糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とする場合、プロファイルに含まれる糖鎖成分の一部の種類を減量または欠損させることができる。より詳細には、プロファイルに含まれる糖鎖成分をいくつかの型に分類した場合、含有量が多い1又は2以上の型に属する糖鎖成分を含み、含有量が少ない1又は2以上の型に属する糖鎖成分を減量または欠損させた糖鎖パターンであることができる。糖鎖成分の型としては、例えば、末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖、末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖、末端α2,6シアル酸型糖鎖、末端α2,3シアル酸型糖鎖を挙げることができる。プロファイルにおける糖鎖成分が、例えば、含有量が多い順に末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖であった場合、含有量の少ない末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖を減量するか、または欠損させた糖鎖パターンをプロファイルから決定した糖鎖パターンとすることができる。あるいは、1つの型に複数の糖鎖成分が含まれる場合、同じ型に属する糖鎖成分の含有割合を変化させた糖鎖パターンをプロファイルから決定した糖鎖パターンとすることもできる。糖鎖の型によって糖鎖提示粒子の体内動態が変化することから、体内動態の変化を考慮して、プロファイルを適宜変更して糖鎖パターンを決定することもできる。Therefore, in the present invention, a glycan-presenting particle that captures and presents the glycan of a cancer cell as it is is a glycan-presenting particle having a glycan pattern derived from a cancer cell. In addition, a glycan-presenting particle that has been profiled for the glycan of a cancer cell and has a glycan pattern determined based on the profile and has this determined glycan pattern is also a glycan-presenting particle in the present invention. The glycan pattern determined based on the profile may be either a glycan pattern in which the type and content of glycan components are the same as those in the profile, or a glycan pattern in which the type and content of glycan components are partly the same as those in the profile. When the type and content of glycan components are the same as those in the profile, some types of glycan components included in the profile can be reduced or deleted. More specifically, when the glycan components included in the profile are classified into several types, the glycan pattern can be a glycan pattern in which glycan components belonging to one or more types with a high content are included and glycan components belonging to one or more types with a low content are reduced or deleted. Examples of the types of glycan components include terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans, terminal N-acetylglucosamine type glycans, terminal α2,6 sialic acid type glycans, and terminal α2,3 sialic acid type glycans. When the glycan components in the profile are, for example, terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans, and terminal N-acetylglucosamine type glycans in descending order of content, the glycan pattern determined from the profile can be a glycan pattern in which the terminal N-acetylglucosamine type glycans with a low content are reduced or deleted. Alternatively, when one type contains multiple glycan components, the glycan pattern determined from the profile can be a glycan pattern in which the content ratio of glycan components belonging to the same type is changed. Since the pharmacokinetics of glycan-presenting particles change depending on the type of glycan, the glycan pattern can also be determined by appropriately changing the profile in consideration of the change in pharmacokinetics.
本発明における糖鎖パターンには、本発明の糖鎖提示粒子の体内動態によって分類できるAからDの4つのがん糖鎖パターンがあり得る。
(1)体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンA、
(2)体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンB、
(3)体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンC、
(4)体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンD。
The sugar chain patterns of the present invention can be classified into four cancer sugar chain patterns, A to D, based on the pharmacokinetics of the sugar chain-presenting particles of the present invention.
(1) Glycosylation pattern A, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal high mannose type glycans;
(2) Glycosylation pattern B, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type glycans or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
(3) Glycosylation pattern C, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans;
(4) Glycosylation pattern D, whose pharmacokinetics depend mainly on terminal α2,3 sialic acid type glycans.
体内動態とは、糖鎖提示粒子を投与された動物の体内における、糖鎖提示粒子の循環器系などを介しての経時的な動き、及び各臓器や組織への経時的な分布を意味する。本願明細書では、体内動態の中の各臓器や組織へ経時的に分布あるいは集積する性質を特に臓器指向性を意味することがある。 Pharmacokinetics refers to the movement of glycan-presenting particles over time through the circulatory system and the like within the body of an animal to which the glycan-presenting particles have been administered, and their distribution over time to each organ and tissue. In this specification, the property of distribution or accumulation over time in each organ or tissue in pharmacokinetics may be specifically referred to as organ tropism.
本発明において対象となるがん細胞は、本発明の糖鎖提示粒子の模倣対象であるエキソソームを放出するがん細胞であり、生体から採取したがん細胞、採集後に培養したがん細胞が含まれる。がん細胞は、純粋培養した単一の細胞であっても、悪性度等の異なる複数のがん細胞の混合物であってもかまわない。 The cancer cells targeted in the present invention are those that release exosomes, which are targets for the glycan-presenting particles of the present invention to mimic, and include cancer cells collected from a living body and cancer cells cultured after collection. The cancer cells may be single cells cultured in pure culture, or a mixture of multiple cancer cells with different malignancies, etc.
また、標準的に利用されている既存のがん細胞の糖鎖パターンも、本発明の糖鎖提示粒子において糖鎖パターンとして使用することができる。例えば、標準的なヒトがん細胞としては、MCF7(乳がん)、MDA-MB-231(乳がん)、A549(肺がん)、HepG2(肝臓がん)、A375(メラノーマ)、HCT116(大腸がん)、Hela(子宮がん)、MNNG/NOS(骨肉腫)、AGC(胃がん)、MIAPaCa-2(膵臓がん)、A431(皮膚がん)、SKOV(卵巣がん)等を挙げることができる。In addition, the glycan patterns of existing cancer cells that are commonly used can also be used as glycan patterns in the glycan-presenting particles of the present invention. For example, standard human cancer cells include MCF7 (breast cancer), MDA-MB-231 (breast cancer), A549 (lung cancer), HepG2 (liver cancer), A375 (melanoma), HCT116 (colon cancer), Hela (uterine cancer), MNNG/NOS (osteosarcoma), AGC (gastric cancer), MIAPaCa-2 (pancreatic cancer), A431 (skin cancer), and SKOV (ovarian cancer).
糖鎖提示粒子とは、細胞間の情報伝達に使われている粒子であるエキソソームの機能を模倣した機能(細胞間の情報伝達様機能)を有する粒子との意味である。エキソソームはその内部に核酸、タンパク質などを含んでおり、細胞から分泌したエキソソームを介して受け取り側の細胞に伝達される。エキソソームは細胞間のコミュニケーションツールとしての機能がある。本発明において作製された糖鎖提示粒子は、本来のエキソソームと同様に、受け取り側の細胞やこれが集合した組織や臓器に対して情報を伝達する機能を有する。 Glycosylation particles are particles that have a function (intercellular signaling-like function) that mimics the function of exosomes, which are particles used in intercellular signaling. Exosomes contain nucleic acids, proteins, etc., and are transmitted to recipient cells via exosomes secreted from cells. Exosomes function as a communication tool between cells. The glycan-presenting particles produced in the present invention, like original exosomes, have the function of transmitting information to recipient cells and tissues and organs in which they are assembled.
ナノ粒子は、金属ナノ粒子又は半導体ナノ粒子であることができる。金属ナノ粒子の材質には、特に制限はないが、金、白金、銀、鉄磁性体であることができ、金属ナノ粒子は、金ナノ粒子、白金ナノ粒子、銀ナノ粒子は、鉄磁性体ナノ粒子であることができる。特に、金属ナノ粒子は、金ナノ粒子、白金ナノ粒子、銀ナノ粒子が、生体に対する安全性という観点から好ましい。The nanoparticles can be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles. There are no particular limitations on the material of the metal nanoparticles, but they can be gold, platinum, silver, or iron magnetic material, and the metal nanoparticles can be gold nanoparticles, platinum nanoparticles, silver nanoparticles, or iron magnetic material nanoparticles. In particular, gold nanoparticles, platinum nanoparticles, and silver nanoparticles are preferred metal nanoparticles from the viewpoint of safety to living organisms.
半導体ナノ粒子の材質には、特に制限はない。半導体ナノ粒子は、量子ドットであることもできる。量子ドットとは半導体原子が数百個から数千個集まった10数nm程度の小さな塊であり、蛍光性ナノ粒子である。粒子径により発光する蛍光の波長(色)が異なる。市販品を利用でき、本発明の複合体のナノ粒子に量子ドットを用いると、蛍光発光性の複合体とすることができ、生体内での動態をモニタリングすることも可能である。There are no particular limitations on the material of the semiconductor nanoparticles. The semiconductor nanoparticles can also be quantum dots. Quantum dots are small clusters of hundreds to thousands of semiconductor atoms, measuring just over 10 nm, and are fluorescent nanoparticles. The wavelength (color) of the emitted fluorescence varies depending on the particle size. Commercially available products can be used, and when quantum dots are used as the nanoparticles of the complex of the present invention, a fluorescent complex can be produced, making it possible to monitor dynamics in the body.
ナノ粒子は、粒子径が0.1~100nmの範囲であることができ、好ましくは、1~50nmの範囲、より好ましくは5~40nmの範囲、さらに好ましくは5~30nmの範囲、一層好ましく10~30nmの範囲である。ナノ粒子の表面にリン脂質の被覆及びがん糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子は、平均粒子径は10~100nmの範囲であり、好ましくは10~60nmの範囲、より好ましく12~50nmの範囲、さらに好ましく15~40nmの範囲、一層好ましく15~30nmの範囲である。ナノ粒子及び糖鎖提示粒子の平均粒子径は、動的光散乱法により測定することができる。測定装置としては、ファイバー光学動的光散乱光度計 (粒径分布測定用)を用いることができる。より具体的にはファイバー光学動的光散乱光度計FDLS-3000(大塚電子製)を用いることができる。The nanoparticles may have a particle diameter in the range of 0.1 to 100 nm, preferably in the range of 1 to 50 nm, more preferably in the range of 5 to 40 nm, even more preferably in the range of 5 to 30 nm, and even more preferably in the range of 10 to 30 nm. The glycan-presenting particles having a phospholipid coating and a cancer glycan pattern on the surface of the nanoparticles have an average particle diameter in the range of 10 to 100 nm, preferably in the range of 10 to 60 nm, more preferably in the range of 12 to 50 nm, even more preferably in the range of 15 to 40 nm, and even more preferably in the range of 15 to 30 nm. The average particle diameter of the nanoparticles and the glycan-presenting particles can be measured by a dynamic light scattering method. As a measuring device, a fiber optic dynamic light scattering photometer (for measuring particle size distribution) can be used. More specifically, a fiber optic dynamic light scattering photometer FDLS-3000 (manufactured by Otsuka Electronics) can be used.
本発明の糖鎖提示粒子は、ナノ粒子の表面がリン脂質で被覆されている。平均粒径20nm程度のリン脂質アルカンチオール混合単分子膜による完全被覆型金属ナノ微粒子は、血液中でも非特異吸着によるタンパク質コロナを形成しないこと、さらにマウスに静脈内投与した際に特定の臓器に集積せず投与後3時間に至っても全身を一様に滞留する安定なナノ微粒子である(非特許文献6-7、特許文献1)。The glycan-presenting particles of the present invention have nanoparticle surfaces coated with phospholipids. Metal nanoparticles completely coated with a phospholipid alkanethiol mixed monolayer with an average particle size of about 20 nm are stable nanoparticles that do not form a protein corona due to nonspecific adsorption even in blood, and when administered intravenously to mice, they do not accumulate in specific organs and remain uniformly throughout the body even up to 3 hours after administration (Non-Patent Documents 6-7, Patent Document 1).
前記ホスホリルコリン基を有するアルカンチオールのスルフィド結合体は、一般式(A)で示されるリン脂質疑似物質であることができる。
リン脂質疑似物質は、ナノ粒子の表面を修飾し、本発明の糖鎖提示粒子表面への、蛋白質コロナの非特異的吸着を防止する機能を付与する。この観点からn3は2~30、好ましくは5~20、より好ましくは7~15の範囲の整数である。The phospholipid mimetic modifies the surface of the nanoparticle and provides the function of preventing nonspecific adsorption of the protein corona to the surface of the glycan-presenting particle of the present invention. From this perspective, n3 is an integer in the range of 2 to 30, preferably 5 to 20, and more preferably 7 to 15.
1個のナノ粒子に対するリン脂質又はリン脂質疑似物質の担持量は、ナノ粒子の表面における金属元素(反応点)の80%以上あることが好ましい。It is preferable that the amount of phospholipid or phospholipid pseudo-substance loaded on each nanoparticle is 80% or more of the metal elements (reaction points) on the surface of the nanoparticle.
本発明の糖鎖提示粒子は、ナノ粒子の表面にがん糖鎖パターンを有する。このがん糖鎖パターンは、情報の送り手として、エキソソームを放出するがん細胞由来の糖鎖を提示した糖鎖パターンであるか、あるいはがん細胞の糖鎖をプロファイルし決定したがん糖鎖パターンである。がん細胞由来の糖鎖パターンは、特定のがん治療患者から採取したがん細胞由来の糖鎖の糖鎖パターンであることが、その細胞から放出されるエキソソームの体内動態の予測性を高めるためには好ましい。標準的に利用されている既存のがん細胞由来の糖鎖パターンを予測に利用することもできる。がん細胞由来の糖鎖パターンは、がん細胞の糖鎖を切り出し、これをナノ粒子の表面に捕捉することで、提示することができる。細胞からの糖鎖の切り出しやナノ粒子への捕捉において、細胞の糖鎖がそのままナノ粒子表面に提示されることが好ましいが、細胞において決定されるがん糖鎖パターンの範囲において糖鎖成分に変動があってもかまわない。The glycan-presenting particle of the present invention has a cancer glycan pattern on the surface of the nanoparticle. This cancer glycan pattern is a glycan pattern that presents glycans derived from cancer cells that release exosomes as an information sender, or a cancer glycan pattern determined by profiling the glycans of cancer cells. It is preferable that the glycan pattern derived from cancer cells is a glycan pattern of glycans derived from cancer cells collected from a specific cancer treatment patient in order to improve the predictability of the pharmacokinetics of exosomes released from the cells. Existing glycan patterns derived from cancer cells that are used as standard can also be used for prediction. The glycan pattern derived from cancer cells can be presented by excising the glycans of the cancer cells and capturing them on the surface of the nanoparticle. In the excision of glycans from cells and capture on nanoparticles, it is preferable that the glycans of the cells are presented as they are on the surface of the nanoparticle, but it does not matter if the glycan components vary within the range of the cancer glycan pattern determined in the cells.
上記のがん細胞由来の糖鎖プロファイルは、グライコブロッティング法の一般的なプロトコル(S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537)に従って特定することができる。内部標準化合物を指標としてグライコタイピング解析によって主要な構造モチーフとのそれら発現量の関係を明らかにすることができる。また、糖鎖は、既存の方法(S.-I. Nishimura eta l., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517; S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086; S.-I. Nishimura, WO2017/131242A1)によりナノ粒子に担持することができる。詳細は実施例1(A)を参照。The above-mentioned glycan profile derived from cancer cells can be identified according to a general protocol of the glycoblotting method (S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537). The relationship between the expression levels of major structural motifs and the major structural motifs can be clarified by glycotyping analysis using an internal standard compound as an index. In addition, glycans can be supported on nanoparticles by existing methods (S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517; S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086; S.-I. Nishimura, WO2017/131242A1). For details, see Example 1 (A).
がん細胞の糖鎖の糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子の体内動態を分析した結果、検討対象としたがん細胞の糖鎖パターンは、少なくとも
(1)体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンA、
(2)体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンB、
(3)体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンC、
(4)体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンDからなる群から選択される糖鎖パターンであることが判明し、かつがん糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子の体内動態は、がん糖鎖パターンに依存して決まることが明らかになった(実施例1、2及び3参照)。
As a result of analyzing the in vivo dynamics of glycan-presenting particles having the glycan patterns of cancer cell glycans, it was found that the glycan patterns of the cancer cells examined were at least (1) glycan pattern A, the pharmacokinetics of which is mainly dependent on terminal high mannose type glycans;
(2) Glycosylation pattern B, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
(3) Glycosylation pattern C, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans;
(4) It was revealed that the pharmacokinetics of a glycan-presenting particle having a cancer glycan pattern is determined depending on the cancer glycan pattern, and that the pharmacokinetics of the glycan-presenting particle having a cancer glycan pattern is determined depending on the cancer glycan pattern (see Examples 1, 2, and 3).
がん糖鎖パターンA~Dを有する糖鎖提示粒子の体内動態は以下の通りである。
がん糖鎖パターンAを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、粒子の体外への排泄が促進されるタイプ1の体内動態を示す。
がん糖鎖パターンBを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、肝臓や脾臓へ集積されるタイプ2の体内動態を示す。
がん糖鎖パターンCを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、腋窩や鎖骨上リンパ節へ集積されるタイプ3の体内動態を示す。
がん糖鎖パターンDを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓などの臓器へ分布(分散集積)されるタイプ4の体内動態を示す。
The pharmacokinetics of glycan-presenting particles having cancer glycan patterns A to D are as follows.
Glycan-presenting particles having cancer glycosylation pattern A exhibit type 1 pharmacokinetics in which excretion of particles from the body is promoted, as compared with glycosylation particles not having a glycosylation chain.
Glycan-presenting particles having cancer glycosylation pattern
Glycan-presenting particles having cancer glycosylation pattern C exhibit type 3 pharmacokinetics, accumulating in the axillary and supraclavicular lymph nodes, compared to glycan-presenting particles not having a glycosylation chain.
Glycan-presenting particles having cancer glycoprotein pattern
上記糖鎖パターンを構成する末端ガラクトース型糖鎖とは、1つの糖鎖の単独又は複数の末端の糖がガラクトースである糖鎖を意味する。末端ガラクトース型糖鎖の例を以下に示す。
上記糖鎖パターンを構成する末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖とは、1つの糖鎖の単独又は複数の末端の糖がN-アセチルグルコサミンである糖鎖を意味する。末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖の例を以下に示す。
上記糖鎖パターンを構成する末端シアル酸型糖鎖とは、1つの糖鎖の単独又は複数の末端の糖がシアル酸である糖鎖を意味する。末端シアル酸型糖鎖には、末端にNeu5Acα2,6Galユニットを含む複合型糖鎖と、末端にNeu5Acα2,3Galユニットを含む複合型糖鎖とがある。本願明細書では、末端にNeu5Acα2,6Galユニットを含む複合型糖鎖を末端α2,6シアル酸型糖鎖と表記し、末端にNeu5Acα2,3Galユニットを含む複合型糖鎖を末端α2,3シアル酸型糖鎖と表記する。末端シアル酸型糖鎖の例を以下に示す。
本発明では、転移性および転移による再発が見られる臓器(臓器指向性)についての情報が既に存在するヒト培養がん細胞4種(MCF7,MDA-MB-231,A549,HepG2)を用いて、(1)がん細胞内および膜表面に存在する全てのタンパク質の翻訳後糖鎖修飾の状態(N型糖鎖)をプロファイルした。次いで(2)それらのがん細胞の糖鎖を直接グライコブロッティング法(非特許文献9)でナノソーム(量子ドットから調製した蛍光性ナノ微粒子:非特許文献6-7、特許文献1)に捕捉して、それぞれのがん細胞由来の糖鎖を提示する糖鎖提示粒子を作製し、さらにこれらをマウスに静脈内投与した際の体内動態を、糖鎖を提示していない糖鎖提示粒子を比較対照として近赤外蛍光スペクトルによりリアルタイムで観察した(実施例1参照)。In the present invention, four types of cultured human cancer cells (MCF7, MDA-MB-231, A549, HepG2) for which information on metastatic potential and organs where metastatic recurrence occurs (organ tropism) were used to (1) profile the state of post-translational glycan modification (N-glycan) of all proteins present in the cancer cells and on the membrane surface. Next, (2) the glycans of those cancer cells were directly captured in nanosomes (fluorescent nanoparticles prepared from quantum dots: Non-Patent Documents 6-7, Patent Document 1) by glycoblotting (Non-Patent Document 9) to produce glycan-presenting particles presenting glycans derived from each cancer cell. Furthermore, the pharmacokinetics of these particles when administered intravenously to mice was observed in real time by near-infrared fluorescence spectroscopy using glycan-presenting particles that did not present glycans as a control (see Example 1).
その結果を受けて、(3)人工的に上記のヒト培養がん細胞の糖鎖プロファイルに基づき糖鎖パターンを決定し、決定した糖鎖パターンの範囲で糖鎖を提示する人工的な糖鎖提示粒子を作製した。これらを同様の手法でマウスに静脈内投与して体内動態を観察した結果、がん細胞由来のエキソソームの糖鎖パターンがエキソソームの体内動態を先導して最終的にがん細胞の臓器指向性を決定していることが証明された(実施例2参照)。Based on these results, (3) we artificially determined the glycan pattern based on the glycan profile of the above-mentioned cultured human cancer cells, and created artificial glycan-presenting particles that present glycans within the range of the determined glycan pattern. These were administered intravenously to mice using a similar method, and their pharmacokinetics were observed. As a result, it was demonstrated that the glycan pattern of exosomes derived from cancer cells leads the pharmacokinetics of exosomes and ultimately determines the organ tropism of cancer cells (see Example 2).
(1)がん糖鎖パターンA
がん糖鎖パターンAは、糖鎖に含まれる糖鎖の45モル%以上が末端ハイマンノース型糖鎖である。以下、特にことわらない限り、糖鎖の%はモル%を意味する。実施例で示したがん糖鎖パターンAを有する本発明の糖鎖提示粒子における末端ハイマンノース型糖鎖(HM)の含有率は以下の通りである。末端シアル酸型糖鎖は何れの場合も0%である。
(1) Cancer glycan pattern A
In the cancer glycan pattern A, 45 mol % or more of the glycans contained in the glycan are terminal high mannose type glycans. Hereinafter, unless otherwise specified, % of glycan means mol %. The content of terminal high mannose type glycans (HM) in the glycan-presenting particles of the present invention having the cancer glycan pattern A shown in the examples is as follows. The terminal sialic acid type glycan is 0% in all cases.
がん糖鎖パターンAは、末端ハイマンノース型糖鎖以外に糖鎖成分として、末端ガラクトース型糖鎖、末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖及び末端シアル酸型糖鎖等を含むことができるが、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満である。末端シアル酸型糖鎖が2%以上になると、糖鎖パターンCまたは糖鎖パターンDと決定でき、末端シアル酸型糖鎖の効果が優先的になる(後述する)。末端シアル酸型糖鎖が2%未満であり、末端ハイマンノース型糖鎖が45%以上であれば、その他の糖鎖成分である末端ガラクトース型糖鎖、末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖の種類と量に関わらず、糖鎖提示粒子は、タイプ1の体内動態を示し、特定の臓器への分布(臓器指向性)は示さない。末端ハイマンノース型糖鎖は、例えば、50%~95%の範囲であることができる。 In addition to terminal high mannose type glycans, cancer glycan pattern A can contain terminal galactose type glycans, terminal N-acetylglucosamine type glycans, and terminal sialic acid type glycans as glycan components, but the terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%. When the terminal sialic acid type glycans are 2% or more, it can be determined to be glycan pattern C or glycan pattern D, and the effect of the terminal sialic acid type glycans becomes preferential (described later). If the terminal sialic acid type glycans are less than 2% and the terminal high mannose type glycans are 45% or more, the glycan-presenting particles will exhibit type 1 pharmacokinetics and will not exhibit distribution to specific organs (organ tropism), regardless of the type and amount of the other glycan components, terminal galactose type glycans and terminal N-acetylglucosamine type glycans. The terminal high mannose type glycans can be in the range of 50% to 95%, for example.
図3aに示すように、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子であるNS(コントロール)の例では、静脈投与後180分後にもほぼ全身に粒子からの蛍光が観察されたのに比べて、例えば、がん糖鎖パターンAを有する実施例1のGNS-MCF-7の例は、静脈投与後180分後には、ほとんどの粒子が体外に排出されていた。この現象は、実施例2のGNS-Button Quail(図5参照)及び実施例3の0/6/32でも同様であった。がん糖鎖パターンAを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、粒子の体外への排泄が促進されるタイプ1の体内動態を示すことが分かる。As shown in Figure 3a, in the case of NS (control), which is a glycan-presenting particle having no glycan, fluorescence from the particles was observed throughout almost the entire body even 180 minutes after intravenous administration, whereas in the case of GNS-MCF-7 of Example 1 having cancer glycan pattern A, most of the particles were excreted from the
(2)がん糖鎖パターンB
がん糖鎖パターンBは、末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であるがん糖鎖パターンである。末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満である糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子は、タイプ2の体内動態を示す。末端ハイマンノース型糖鎖及び末端シアル酸型糖鎖以外の糖鎖成分として、末端ガラクトース型糖鎖及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖を含むことができるが、末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満である限り、末端ガラクトース型糖鎖及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖を量比が変わっても、糖鎖パターンBと決定することができる。がん糖鎖パターンBの糖鎖提示粒子はタイプ2の体内動態を示す。
(2) Cancer glycosylation pattern B
Cancer glycan pattern B is a cancer glycan pattern in which terminal high mannose type glycans are less than 45% and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%. Glycan-presenting particles having a glycan pattern in which terminal high mannose type glycans are less than 45% and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2
実施例で示したがん糖鎖パターンBを有する本発明の糖鎖提示粒子の末端ハイマンノース型糖鎖(HM)、末端ガラクトース型糖鎖(Gal)及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖(NAc-G)の含有率は表2の通りである。末端シアル酸型糖鎖は何れの場合も0%である。The contents of terminal high mannose type glycan (HM), terminal galactose type glycan (Gal) and terminal N-acetylglucosamine type glycan (NAc-G) in the glycan-presenting particles of the present invention having the cancer glycan pattern B shown in the Examples are as shown in Table 2. The terminal sialic acid type glycan is 0% in all cases.
図5b及びcに示すように、例えば、がん糖鎖パターンBを有する実施例2のGNS-Chickenの例は、静脈投与後180分後には、肝臓や脾臓へ集積されていた。この現象は、実施例2のGNS-Ruddy Duckの例(図5b及びc参照)でも同様であった。即ち、がん糖鎖パターンBを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さないコントロール粒子と比べて、肝臓や脾臓へ集積されるタイプ2の体内動態を示すことが分かる。As shown in Figures 5b and c, for example, the example of GNS-Chicken in Example 2 having cancer glycan pattern B accumulated in the liver and
(3)がん糖鎖パターンC
がん糖鎖パターンCは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であるがん糖鎖パターンである。さらに、末端シアル酸型糖鎖には、末端α2,6シアル酸型糖鎖と末端α2,3シアル酸型糖鎖があるが、がん糖鎖パターンCは、α2,6シアル酸型糖鎖の含有量がα2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多い場合である。末端シアル酸型糖鎖の含有量は、例えば、3~100%、4~80%、または5~60%の範囲であることができる。末端シアル酸型糖鎖以外の糖鎖は、末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖及び/又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖であってもかまわない。
(3) Cancer glycosylation pattern C
Cancer glycan pattern C is a cancer glycan pattern in which 2-100% of the glycans are terminal sialic acid type glycans. Furthermore, terminal sialic acid type glycans include terminal α2,6 sialic acid type glycans and terminal α2,3 sialic acid type glycans, and cancer glycan pattern C is a case in which the content of α2,6 sialic acid type glycans is higher than the content of α2,3 sialic acid type glycans. The content of terminal sialic acid type glycans can be, for example, in the range of 3-100%, 4-80%, or 5-60%. Glycans other than terminal sialic acid type glycans may be terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans and/or terminal N-acetylglucosamine type glycans.
(4)がん糖鎖パターンD
がん糖鎖パターンDは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であるがん糖鎖パターンである。がん糖鎖パターンDは、α2,3シアル酸型糖鎖の含有量がα2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い場合である。末端シアル酸型糖鎖の含有量は、例えば、3~100%、4~80%、または5~60%の範囲であることができる。末端シアル酸型糖鎖以外の糖鎖は、末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖及び/又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖であってもかまわない。
(4) Cancer glycosylation pattern D
Cancer glycan pattern D is a cancer glycan pattern in which 2-100% of the glycans are terminal sialic acid type glycans. Cancer glycan pattern D is a case in which the content of α2,3 sialic acid type glycans is higher than the content of α2,6 sialic acid type glycans. The content of terminal sialic acid type glycans can be, for example, in the range of 3-100%, 4-80%, or 5-60%. Glycans other than terminal sialic acid type glycans may be terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans and/or terminal N-acetylglucosamine type glycans.
実施例で示したパターンC及びDのがん糖鎖パターンを有する本発明の糖鎖提示粒子のα2,3シアル酸型糖鎖(α2,3)、α2,6シアル酸型糖鎖(α2,6)及び末端ハイマンノース型糖鎖(HM)の含有率は表3の通りである。末端ガラクトース型糖鎖(Gal)及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖(NAc-G)は表示せず。The contents of α2,3 sialic acid type glycan (α2,3), α2,6 sialic acid type glycan (α2,6) and terminal high mannose type glycan (HM) in the glycan-presenting particles of the present invention having the cancer glycan patterns C and D shown in the Examples are as shown in Table 3. Terminal galactose type glycan (Gal) and terminal N-acetylglucosamine type glycan (NAc-G) are not shown.
図3b及びcに示す、糖鎖を有さない粒子であるNS(コントロール)は、静脈投与後180分後にもほぼ全身に粒子からの蛍光が観察された。それに対して、パターンCのがん糖鎖パターンを有する実施例2の2,6-Ruddy Duck(図5b及びc参照)では、NSに比べて、例えば、静脈投与後180分後には、粒子は腋窩や鎖骨上リンパ節へ集積された。このことから、がん糖鎖パターンCを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、腋窩や鎖骨上リンパ節へ集積されるタイプ3の体内動態を示すことが分かる。 As shown in Figures 3b and c, NS (control), which is a particle without a glycan, showed fluorescence from the particles throughout almost the entire body even 180 minutes after intravenous administration. In contrast, in the case of 2,6-Ruddy Duck of Example 2, which has a cancer glycan pattern of pattern C (see Figures 5b and c), the particles accumulated in the axilla and supraclavicular lymph nodes, for example, 180 minutes after intravenous administration, compared to NS. This shows that glycan-presenting particles with cancer glycan pattern C exhibit type 3 pharmacokinetics, which accumulate in the axilla and supraclavicular lymph nodes, compared to glycan-presenting particles without a glycan.
パターンDのがん糖鎖パターンを有する実施例3の2,3-Ruddy Duck(図5b及びc参照)の例は、静脈投与後180分後には、粒子は肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓などの臓器へ分布(分散集積)された。このことから、がん糖鎖パターンDを有する糖鎖提示粒子は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓などの臓器へ分布(分散集積)されるタイプ4の体内動態を示すことが分かる。In the case of 2,3-Ruddy Duck of Example 3 having a cancer glycan pattern of pattern D (see Figures 5b and c), 180 minutes after intravenous administration, the particles were distributed (dispersed and accumulated) in organs such as the lungs, liver, spleen, brain, and kidneys. This shows that glycan-presenting particles having cancer glycan pattern
次に、α2,6シアル酸型糖鎖とα2,3シアル酸型糖鎖の特定について説明する。実施例1のGNS-MDA-MB-231の例は、静脈投与後180分後には、粒子は腋窩や鎖骨上リンパ節へ集積された(特に、図3b及びc)。この現象は、がん糖鎖パターンCを有する実施例2の2,6-Ruddy Duckの例と同様であった。実施例1においては、末端シアル酸型糖鎖がα2,3シアル酸型糖鎖であるか、α2,6シアル酸型糖鎖であるか特定をしていないが、この体内動態の結果から、実施例1のGNS-MDA-MB-231は糖鎖パターンCと判断して表4に表示した。Next, the identification of α2,6 sialic acid type glycans and α2,3 sialic acid type glycans will be described. In the case of GNS-MDA-MB-231 in Example 1, 180 minutes after intravenous administration, the particles accumulated in the axilla and supraclavicular lymph nodes (particularly, Figures 3b and c). This phenomenon was similar to that of 2,6-Ruddy Duck in Example 2, which has cancer glycan pattern C. In Example 1, it was not specified whether the terminal sialic acid type glycan was an α2,3 sialic acid type glycan or an α2,6 sialic acid type glycan, but based on the results of this pharmacokinetics, GNS-MDA-MB-231 in Example 1 was determined to be glycan pattern C and is shown in Table 4.
実施例1のGNS-A549の例は、静脈投与後180分後には、粒子は肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓などの臓器へ分布(分散集積)された(特に、図3b及びc)。この現象は、がん糖鎖パターンDを有する実施例2の2,3-Ruddy Duckの例と同様であった。実施例1においては、末端シアル酸型糖鎖がα2,3シアル酸型糖鎖であるか、α2,6シアル酸型糖鎖であるか特定をしていないが、この体内動態の結果から、実施例1のGNS-A549及びGNS-HepG2は糖鎖パターンDと判断して表4に表示した。α2,6シアル酸型糖鎖かα2,3シアル酸型糖鎖であるかの特定は、本明細書ではその機能において判断したが、化学的・酵素分解特性などの分析方法においても特定は可能である。In the case of GNS-A549 in Example 1, 180 minutes after intravenous administration, the particles were distributed (dispersed and accumulated) in organs such as the lungs, liver, spleen, brain, and kidneys (particularly Figures 3b and c). This phenomenon was similar to that of 2,3-Ruddy Duck in Example 2, which has cancer glycan pattern D. In Example 1, it was not specified whether the terminal sialic acid type glycan was an α2,3 sialic acid type glycan or an α2,6 sialic acid type glycan, but from the results of this pharmacokinetics, GNS-A549 and GNS-HepG2 in Example 1 were determined to be glycan pattern D and are shown in Table 4. In this specification, the specification of whether the glycan is an α2,6 sialic acid type glycan or an α2,3 sialic acid type glycan is determined by its function, but it can also be specified by analytical methods such as chemical and enzymatic decomposition properties.
がん糖鎖パターンは、前述のように研究用途に市販され一般化しているがん細胞または特定のがん治療患者のがん細胞の糖鎖そのものであることができる。さらにがん糖鎖パターンは、がん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンであることができる。プロファイルに基づいて決定される糖鎖パターンは、糖鎖成分の種類と含有量をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、あるいは糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、のいずれでもよい。糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とする場合、プロファイルに含まれる糖鎖成分の一部の種類を減量または欠損させることができる。より詳細には、プロファイルに含まれる糖鎖成分をいくつかの型に分類した場合、含有量が多い1又は2以上の型に属する糖鎖成分を含み、含有量が少ない1又は2以上の型に属する糖鎖成分を減量または欠損させた糖鎖パターンであることができる。がん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンとは、がん細胞由来の上記のがん糖鎖パターンと糖鎖成分の種類と各糖鎖成分の含有量が異なるが、がん細胞由来のがん糖鎖パターンと同一の体内動態を示す糖鎖パターンである。がん細胞の糖鎖をプロファイルした場合、プロファイルに含まれる糖鎖成分をいくつかの型に分類した場合、含有量が多い1又は2以上の型に属する糖鎖成分をそのまま含み、含有量が少ない1又は2以上の型に属する糖鎖成分を減量または欠損させることで、糖鎖をプロファイルしたがん細胞由来のがん糖鎖パターンと同一の体内動態を示す糖鎖パターンとすることができる。糖鎖成分の型としては、例えば、末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖、末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖、末端α2,6シアル酸型糖鎖、末端α2,3シアル酸型糖鎖を挙げることができる。The cancer glycan pattern can be the glycans themselves of cancer cells that are commercially available and commonly used for research purposes as described above, or the glycans of cancer cells of a specific cancer treatment patient. Furthermore, the cancer glycan pattern can be a glycan pattern determined based on the profile obtained by profiling the glycans of cancer cells. The glycan pattern determined based on the profile can be either a glycan pattern in which the type and content of glycan components are the same as those of the profile, or a glycan pattern in which the type and content of glycan components are partly the same as those of the profile. When the type and content of glycan components are the same as those of the profile, some types of glycan components included in the profile can be reduced or deleted. More specifically, when the glycan components included in the profile are classified into several types, the glycan pattern can be a glycan pattern in which glycan components belonging to one or more types with a high content are included and glycan components belonging to one or more types with a low content are reduced or deleted. A glycan pattern determined based on the obtained profile by profiling the glycans of cancer cells is a glycan pattern that has different types of glycan components and different amounts of each glycan component from the above-mentioned cancer glycan pattern derived from cancer cells, but shows the same pharmacokinetics as the cancer glycan pattern derived from cancer cells. When profiling the glycans of cancer cells, if the glycan components contained in the profile are classified into several types, a glycan pattern that shows the same pharmacokinetics as the cancer glycan pattern derived from the cancer cells from which the glycans were profiled can be obtained by including glycan components belonging to one or more types with a high content as they are and reducing or deleting glycan components belonging to one or more types with a low content. Examples of the types of glycan components include terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans, terminal N-acetylglucosamine type glycans, terminal α2,6 sialic acid type glycans, and terminal α2,3 sialic acid type glycans.
ある糖鎖パターンが、がん細胞由来のがん糖鎖パターンと異なる糖鎖成分の種類と各糖鎖成分の含有量を有するが、体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンAである場合、タイプ1の体内動態を示す。
同様に、ある糖鎖パターンが、がん細胞由来のがん糖鎖パターンと異なる糖鎖成分の種類と各糖鎖成分の含有量を有するが、体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンBである場合、タイプ2の体内動態を示す。
ある糖鎖パターンが、がん細胞由来のがん糖鎖パターンと異なる糖鎖成分の種類と各糖鎖成分の含有量を有するが、体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンCである場合、タイプ3の体内動態を示す。
ある糖鎖パターンが、がん細胞由来のがん糖鎖パターンと異なる糖鎖成分の種類と各糖鎖成分の含有量を有するが、体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンDである場合、タイプ4の体内動態を示す。
When a certain glycan pattern has a type of glycan component and a content of each glycan component that are different from the cancer glycan pattern derived from cancer cells, but has pharmacokinetics that are mainly dependent on terminal high mannose type glycans, it shows type 1 pharmacokinetics.
Similarly, when a certain glycan pattern has a type of glycan component and a content of each glycan component that are different from the cancer glycan pattern derived from cancer cells, but has glycan pattern B whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type glycans or terminal N-acetylglucosamine-type glycans, it shows
When a certain glycan pattern has a type of glycan component and a content of each glycan component that are different from the cancer glycan pattern derived from cancer cells, but has pharmacokinetics that are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans, it shows type 3 pharmacokinetics.
When a certain glycan pattern has a type of glycan component and a content of each glycan component that are different from the cancer glycan pattern derived from cancer cells, but has pharmacokinetics that are mainly dependent on terminal α2,3 sialic acid type glycans, it shows
本発明の糖鎖提示粒子は、例えば、原発巣のがん細胞からの転移部位への予防や治療においては、がん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいてがん糖鎖パターンA~Dのいずれであるかを決定し、選択した糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子を公知の方法を用いて調製し、提供することができる。 For example, in the prevention or treatment of cancer cells at a primary focus metastatic site, the glycans of the cancer cells are profiled, and based on the obtained profile, it is determined whether the cancer has cancer glycan patterns A to D. The glycan-presenting particles of the present invention can be prepared and provided using known methods, with the glycan-presenting particles having the selected glycan pattern.
選択した糖鎖パターンは、特定の糖鎖を含むことが知られている既存の糖鎖を例えば、酵素を用いて処理することで人工的に改変することができ、既存の糖鎖としては実施例2に示すように、うずら、鶏、アヒルなどの卵白および鶏卵黄に含まれる糖鎖を挙げることができる。既存材料の糖鎖をそのままあるいは適宜加工して特定の糖鎖パターンとして利用することもできる。例えば、実施例2に示すように、糖鎖を、酵素処理することで、所望のがん糖鎖パターンを提供する材料として用いることができる。あるいは、組成の分かっている複数の糖鎖を含む材料を適当な比率で混合することで、所望のがん糖鎖パターンを提供する材料として用いることができる(実施例2参照)。 The selected glycan pattern can be artificially modified by, for example, treating an existing glycan known to contain a specific glycan with an enzyme. Examples of existing glycans include glycans contained in egg whites and egg yolks of quail, chicken, duck, etc., as shown in Example 2. Glycans of existing materials can also be used as a specific glycan pattern, either as is or after appropriate processing. For example, as shown in Example 2, glycans can be treated with an enzyme to be used as a material that provides a desired cancer glycan pattern. Alternatively, materials containing multiple glycans with known compositions can be mixed in an appropriate ratio to be used as a material that provides a desired cancer glycan pattern (see Example 2).
実施例2で用いたうずら、鶏、アヒルの卵白および鶏卵黄の糖鎖は、糖鎖構造およびその発現量プロファイルが明確で安全・安価な生体由来素材であるので、これらの糖鎖をそのまま、あるいは原料として改変した後にナノ粒子に提示して糖鎖提示粒子とすることで、がん細胞由来のエキソソームと同様の体内動態を再現できる。糖鎖パターンは、生体由来のものだけではなく、人工的に合成した糖鎖成分の混合物であることもできる。糖鎖成分の人工的合成は、公知の方法で行うことができる。The glycans from egg whites of quails, chickens, and ducks, and hen's egg yolks used in Example 2 are safe and inexpensive biological materials with clear glycan structures and expression profiles, so by presenting these glycans as they are or after modifying them as raw materials on nanoparticles to form glycan-presenting particles, it is possible to reproduce the same in vivo dynamics as exosomes derived from cancer cells. The glycan pattern can be not only of biological origin, but also a mixture of artificially synthesized glycan components. The artificial synthesis of glycan components can be carried out by known methods.
糖鎖の粒子表面への提示は、公知の直接グライコブロッティング法(非特許文献9)により実施できる。糖鎖の粒子表面への提示は、例えば、実施例1(C)及び実施例2(B)で示す方法で、作製したナノソームにがん糖鎖を含む混合物を反応させることで、実施して糖鎖提示粒子を調製できる。The presentation of glycans on the particle surface can be carried out by the known direct glycoblotting method (Non-Patent Document 9). The presentation of glycans on the particle surface can be carried out, for example, by reacting a mixture containing cancer glycans with nanosomes prepared by the methods shown in Example 1 (C) and Example 2 (B), to prepare glycan-presenting particles.
前記ナノ粒子の表面の糖鎖は、下記一般式(B)で示される糖鎖を提示するアルカンチオールのスルフィド結合体であることができる。
本発明の糖鎖提示粒子は、例えば、下記一般式(10)で模式的に示すことができる。
一般式(10)のナノ粒子(NP)に担持されている残基は、糖鎖含有部位として、R10を有する一般式(B)で示される糖鎖含有基及び一般式(A)で示されるリン脂質基である。いずれも各基の末端のスルフィド(-S-)を介してナノ粒子(NP)に担持される。実際の複合体では、一般式(A)で示されるリン脂質基は1個以上、ナノ粒子NPに担持されている。また、R10には、糖鎖パターンを構成する糖鎖成分からなる複数の糖鎖成分含有基が含まれる。 The residues supported on the nanoparticle (NP) of general formula (10) are a sugar chain-containing group represented by general formula (B) having R 10 as a sugar chain-containing moiety and a phospholipid group represented by general formula (A). Both are supported on the nanoparticle (NP) via the sulfide (-S-) at the end of each group. In an actual complex, one or more phospholipid groups represented by general formula (A) are supported on the nanoparticle NP. Furthermore, R 10 includes a plurality of sugar chain component-containing groups consisting of sugar chain components that constitute the sugar chain pattern.
本発明の糖鎖提示粒子は、各パターンの糖鎖に応じた体内動態を有するので、その性質を利用して、特定の組織や臓器に集積させることができる。そのため、糖鎖が有するパターンを選択することで、特定の組織や臓器に集積させることができる糖鎖提示粒子とすることができ、この性質を利用してDDSを提供することもできる。 The glycan-presenting particles of the present invention have pharmacokinetics that correspond to each pattern of glycan, and therefore these properties can be utilized to accumulate in specific tissues or organs. Therefore, by selecting the pattern of glycans, it is possible to obtain glycan-presenting particles that can accumulate in specific tissues or organs, and these properties can also be utilized to provide DDS.
本発明の糖鎖提示粒子は、薬剤部位をさらに有することができる。薬剤部位の薬剤には特に制限はないが、例えば、抗がん剤、抗炎症剤、であることができる。The glycan-presenting particle of the present invention can further have a drug moiety. There are no particular limitations on the drug in the drug moiety, but it can be, for example, an anticancer drug or an anti-inflammatory drug.
本発明の糖鎖提示粒子においては、薬剤部位として、例えば、一般式(C)で示される薬剤含有基が、ナノ粒子の表面に担持されていることができる。
一般式(C)で示される薬剤含有基は、式中のn1及びn2を選択することで、薬剤含有基とナノ粒子との間の距離を所望の範囲に保つことができる。n1は2~30、好ましくは5~16、より好ましくは4~15の範囲の整数である。n2は2~30、好ましくは5~20、より好ましくは7~15の範囲の整数である。The drug-containing group represented by general formula (C) can maintain the distance between the drug-containing group and the nanoparticle within a desired range by selecting n1 and n2 in the formula. n1 is an integer in the range of 2 to 30, preferably 5 to 16, and more preferably 4 to 15. n2 is an integer in the range of 2 to 30, preferably 5 to 20, and more preferably 7 to 15.
本発明の糖鎖提示粒子で薬剤部位を有する粒子は、例えば、下記一般式(11)で模式的に示すことができる。
一般式(11)のナノ粒子(NP)に担持されている残基は、上から一般式(B)で示される糖鎖含有基、一般式(A)で示されるリン脂質基、及び一般式(C)で示される薬剤含有基である。実際の複合体は、一般式(B)で示される糖鎖含有基、一般式(A)で示されるリン脂質基、及び一般式(C)で示される薬剤含有基は、それぞれ1個以上、スルフィド結合体としてナノ粒子NPに担持されている。The residues supported on the nanoparticle (NP) of general formula (11) are, from the top, a glycan-containing group represented by general formula (B), a phospholipid group represented by general formula (A), and a drug-containing group represented by general formula (C). In the actual complex, one or more of the glycan-containing group represented by general formula (B), the phospholipid group represented by general formula (A), and the drug-containing group represented by general formula (C) are supported on the nanoparticle NP as sulfide bonds.
本発明の糖鎖提示粒子は薬剤部位を有する場合、この糖鎖提示粒子を有効成分として含有する、がん予防薬や治療薬を包含する。本発明のがん予防薬や治療薬は、糖鎖提示粒子ががん細胞由来の糖鎖を捕捉しそのままに提示したがん糖鎖パターンであることが好ましいが、この糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定したがん糖鎖パターンB、CまたはDを有する糖鎖提示粒子であってもかまわない。この糖鎖提示粒子は、各糖鎖パターンに応じたタイプ2~4の体内動態を示し、特定の転移性がんの予防や治療に有用である。When the glycan-presenting particle of the present invention has a drug moiety, it encompasses cancer preventive drugs and therapeutic drugs that contain this glycan-presenting particle as an active ingredient. The cancer preventive drug and therapeutic drug of the present invention preferably have a cancer glycan pattern in which the glycan-presenting particle captures and presents glycans derived from cancer cells as is, but may also be a glycan-presenting particle having cancer glycan pattern B, C, or D determined based on the profile obtained by profiling this glycan. The glycan-presenting particle exhibits pharmacokinetics of
がん糖鎖パターンBを有する糖鎖提示粒子の場合、肝臓や脾臓への転移性がんの予防や治療に有用であり、
がん糖鎖パターンCを有する糖鎖提示粒子の場合、腋窩や鎖骨上リンパ節への転移性がんの予防や治療に有用であり、
がん糖鎖パターンDを有する糖鎖提示粒子の場合、肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓などの臓器への転移性がんの予防や治療に有用である。
In the case of a glycan-presenting particle having cancer glycan pattern B, it is useful for preventing or treating metastatic cancer to the liver or spleen,
In the case of glycan-presenting particles having cancer glycan pattern C, they are useful for preventing and treating metastatic cancer to the axillary and supraclavicular lymph nodes,
Glycan-presenting particles having cancer glycoconjugate pattern D are useful for preventing and treating metastatic cancer to organs such as the lungs, liver, spleen, brain, and kidneys.
(糖鎖提示粒子キット)
本発明は、異なるがん糖鎖パターンを有する2種類以上の糖鎖提示粒子を含有する、糖鎖提示粒子キットを包含する。キットにおける各糖鎖提示粒子は、別々の容器に保存されているか、1つの容器に混合物として保存されていてもよい。キットに含まれる糖鎖提示粒子は、上記本発明の糖鎖提示粒子のいずれかである。キットにおける異なるがん糖鎖パターンは、上記糖鎖パターンA~Dのいずれか2種以上の糖鎖パターンである。糖鎖パターンA~Dの選択は、例えば、がん患者から採取されたがん細胞の糖鎖をプロファイルすることで、糖鎖パターンを決定し、選択される。
(Glycan-displaying particle kit)
The present invention encompasses a glycan-presenting particle kit containing two or more types of glycan-presenting particles having different cancer glycan patterns. Each glycan-presenting particle in the kit may be stored in a separate container, or may be stored as a mixture in one container. The glycan-presenting particle contained in the kit is any one of the above-mentioned glycan-presenting particles of the present invention. The different cancer glycan patterns in the kit are any two or more of the above-mentioned glycan patterns A to D. Glycan patterns A to D are selected, for example, by determining the glycan pattern by profiling the glycans of cancer cells collected from a cancer patient.
本発明の糖鎖提示粒子キットは、決定された糖鎖パターンにおいて、その糖鎖パターンである糖鎖提示粒子を選択して使用することになるが、がんの種類によっては、複数を併用して使用することもできる。例えば、糖鎖パターンBとCの2種を併用して、肝臓及び脾臓(タイプ2)並びに腋窩及び鎖骨上リンパ節(タイプ3)の両方へ集積され得る糖鎖提示粒子として使用してもかまわない。 In the glycan-presenting particle kit of the present invention, glycan-presenting particles having a determined glycan pattern are selected and used, but depending on the type of cancer, multiple glycan patterns can also be used in combination. For example, two types of glycan patterns B and C can be used in combination as glycan-presenting particles that can accumulate in both the liver and spleen (type 2) and the axillary and supraclavicular lymph nodes (type 3).
本発明の糖鎖提示粒子キットは、糖鎖提示粒子が、薬物部位をさらに有する糖鎖提示粒子であることができる。薬物としては、かんの予防薬、治療薬が挙げられる。 In the glycan-presenting particle kit of the present invention, the glycan-presenting particle may further have a drug moiety. Examples of drugs include preventive and therapeutic drugs for canker sores.
本発明の糖鎖提示粒子は、糖鎖提示粒子を有効成分として、当業者に公知の方法で製剤化することが可能である。例えば、水もしくはそれ以外の薬学的に許容し得る液との無菌性溶液、又は懸濁液剤の注射剤の形で非経口的に使用できる。例えば、薬理学上許容される担体もしくは媒体、具体的には、滅菌水や生理食塩水、植物油、乳化剤、懸濁剤、界面活性剤、安定剤、香味剤、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、結合剤などと適宜組み合わせて、一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製剤化することが考えられる。これら製剤における有効成分量は指示された範囲の適当な用量が得られるようにするものである。The glycan-presenting particles of the present invention can be formulated by a method known to those skilled in the art using the glycan-presenting particles as an active ingredient. For example, they can be used parenterally in the form of a sterile solution with water or other pharma- ceutically acceptable liquid, or in the form of an injection of a suspension. For example, they can be formulated by appropriately combining with a pharmacologically acceptable carrier or medium, specifically, sterile water, physiological saline, vegetable oil, emulsifier, suspending agent, surfactant, stabilizer, flavoring agent, excipient, vehicle, preservative, binder, etc., and mixing in a unit dose form required for generally accepted pharmaceutical practice. The amount of active ingredient in these formulations is such that an appropriate dose within the indicated range can be obtained.
注射のための無菌組成物は注射用蒸留水のようなベヒクルを用いて通常の製剤実施に従って処方することができる。注射用の水溶液としては、例えば生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液、例えばD-ソルビトール、D-マンノース、D-マンニトール、塩化ナトリウムが挙げられ、適当な溶解補助剤、例えばアルコール、具体的にはエタノール、ポリアルコール、例えばプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、非イオン性界面活性剤、例えばポリソルベート80(TM)、HCO-60と併用してもよい。Sterile compositions for injection can be formulated according to normal pharmaceutical practice using a vehicle such as distilled water for injection. Examples of aqueous solutions for injection include isotonic solutions containing physiological saline, glucose or other auxiliary drugs, such as D-sorbitol, D-mannose, D-mannitol, and sodium chloride, and may be used in combination with suitable solubilizing agents, such as alcohol, specifically ethanol, polyalcohols, such as propylene glycol and polyethylene glycol, and nonionic surfactants, such as polysorbate 80 (TM) and HCO-60.
油性液としてはゴマ油、大豆油があげられ、溶解補助剤として安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールと併用してもよい。また、緩衝剤、例えばリン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液、無痛化剤、例えば、塩酸プロカイン、安定剤、例えばベンジルアルコール、フェノール、酸化防止剤と配合してもよい。調製された注射液は通常、適当なアンプルに充填させる。また、リポソームも細胞送達のために該薬剤をカプセル化するために使用可能である。Oily liquids include sesame oil and soybean oil, which may be used in combination with benzyl benzoate or benzyl alcohol as a solubilizing agent. Buffers such as phosphate buffers and sodium acetate buffers, soothing agents such as procaine hydrochloride, stabilizers such as benzyl alcohol, phenol, and antioxidants may also be used. The prepared injection solution is usually filled into a suitable ampule. Liposomes can also be used to encapsulate the drug for cellular delivery.
本発明の糖鎖提示粒子及び糖鎖提示粒子キットは、使用目的に応じて、臓器への転移性がんの予防や治療のために、がん患者またはがんが疑われる患者に、適宜の投与経路で、投与することができる。 Depending on the purpose of use, the glycan-presenting particles and glycan-presenting particle kits of the present invention can be administered to cancer patients or patients suspected of having cancer via an appropriate administration route for the prevention or treatment of metastatic cancer to organs.
投与は、経口又は非経口であり、好ましくは非経口投与であり、具体的には、注射剤型、経鼻投与剤型、経肺投与剤型、経皮投与型などが挙げられる。注射剤型の例としては、例えば、静脈内注射、筋肉内注射、腹腔内注射、皮下注射などにより全身又は局部的に投与することができる。Administration may be oral or parenteral, preferably parenteral, and specific examples include injections, nasal administration, pulmonary administration, transdermal administration, etc. Examples of injections include intravenous, intramuscular, intraperitoneal, and subcutaneous injections, which can be used for systemic or local administration.
本発明の糖鎖提示粒子及び糖鎖提示粒子キットの用量および投与方法は、患者の年齡、体重、性別、治療すべき症状の性質もしくは重篤度等により適宜選択することができる。本発明の糖鎖提示粒子及び糖鎖提示粒子キットを含有する医薬組成物の投与量としては、例えば、一回につき体重1kgあたり0.0001mgから1,000mgの範囲で選ぶことが可能である。あるいは、患者あたり0.01~100,000mg/bodyの範囲で投与量を選ぶことができるが、これらの数値に必ずしも制限されるものではない。投与量、投与方法は、患者の年齢、体重、性別、症状などにより変動するが、当事者であれば適宜選択することが可能である。The dose and administration method of the glycan-presenting particle and glycan-presenting particle kit of the present invention can be appropriately selected depending on the age, weight, sex, and the nature or severity of the symptoms to be treated of the patient. The dose of the pharmaceutical composition containing the glycan-presenting particle and glycan-presenting particle kit of the present invention can be selected, for example, from the range of 0.0001 mg to 1,000 mg per kg of body weight per administration. Alternatively, the dose can be selected from the range of 0.01 to 100,000 mg/body per patient, but is not necessarily limited to these numerical values. The dose and administration method vary depending on the age, weight, sex, symptoms, etc. of the patient, but can be appropriately selected by the person concerned.
<糖鎖提示粒子の製造方法>
本発明は、上記本発明の糖鎖提示粒子の製造方法を包含する。
本発明の糖鎖提示粒子は、表面の少なくとも一部をリン脂質で被覆されたナノ粒子の表面に、所望のがん糖鎖パターンを提示することで調製できる。表面の少なくとも一部をリン脂質で被覆されたナノ粒子の調製方法は後述する。
<Method of producing sugar chain-presenting particles>
The present invention includes the above-mentioned method for producing the sugar chain-presenting particle of the present invention.
The sugar chain-presenting particle of the present invention can be prepared by presenting a desired cancer sugar chain pattern on the surface of a nanoparticle at least partially coated with a phospholipid. The method for preparing the nanoparticle at least partially coated with a phospholipid will be described later.
所望のがん糖鎖パターンとしては、前述のように、被検者から採取したがん細胞の糖鎖を切り出しそのまま利用するがん糖鎖パターン、又は、既存材料の糖鎖をそのままあるいは適宜改変して特定の糖鎖パターンに調整したものであってもかまわない。特定の糖鎖パターンとは、被検者から採取したがん細胞の糖鎖をプロファイルし、得られたプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターンである。プロファイルに基づいて決定される糖鎖パターンは、糖鎖成分の種類と含有量をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、あるいは糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とした糖鎖パターンであるか、のいずれでもよい。糖鎖成分の種類と含有量の一部をプロファイルと同一とする場合、プロファイルに含まれる糖鎖成分の一部の種類を減量または欠損させることができる。より詳細には、プロファイルに含まれる糖鎖成分をいくつかの型に分類した場合、含有量が多い1又は2以上の型に属する糖鎖成分を含み、含有量が少ない1又は2以上の型に属する糖鎖成分を減量または欠損させた糖鎖パターンであることができる。がん細胞の糖鎖をプロファイルした場合、プロファイルに含まれる糖鎖成分をいくつかの型に分類した場合、含有量が多い1又は2以上の型に属する糖鎖成分をそのまま含み、含有量が少ない1又は2以上の型に属する糖鎖成分を減量または欠損させることで、糖鎖をプロファイルしたがん細胞由来のがん糖鎖パターンと同一の体内動態を示す糖鎖パターンとすることができる。糖鎖成分の型としては、例えば、末端ハイマンノース型糖鎖、末端ガラクトース型糖鎖、末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖、末端α2,6シアル酸型糖鎖、末端α2,3シアル酸型糖鎖を挙げることができる。As described above, the desired cancer glycan pattern may be a cancer glycan pattern in which the glycans of cancer cells collected from a subject are cut out and used as is, or the glycans of existing materials are used as is or appropriately modified to a specific glycan pattern. A specific glycan pattern is a glycan pattern determined based on the profile obtained by profiling the glycans of cancer cells collected from a subject. A glycan pattern determined based on a profile may be either a glycan pattern in which the type and content of glycan components are the same as the profile, or a glycan pattern in which the type and part of the content of glycan components are the same as the profile. When the type and part of the content of glycan components are the same as the profile, some types of glycan components included in the profile can be reduced or deleted. More specifically, when the glycan components included in the profile are classified into several types, the glycan pattern may include glycan components belonging to one or more types with a high content, and reduce or delete glycan components belonging to one or more types with a low content. When profiling the glycans of cancer cells, if the glycan components contained in the profile are classified into several types, a glycan pattern that shows the same pharmacokinetics as the cancer glycan pattern derived from the cancer cells whose glycans were profiled can be obtained by containing glycan components belonging to one or more types with a high content as they are and reducing or deleting glycan components belonging to one or more types with a low content. Examples of the types of glycan components include terminal high mannose type glycans, terminal galactose type glycans, terminal N-acetylglucosamine type glycans, terminal α2,6 sialic acid type glycans, and terminal α2,3 sialic acid type glycans.
本発明の糖鎖提示粒子の製造方法の概念図(がん細胞の糖鎖パターンを表面に提示したエキソソームモデルの作製法とその体内動態・臓器指向性のin vivoイメージング)を図1に示す。(a)は、糖鎖提示粒子の基本的な構造:量子ドット、金ナノ微粒子、金被覆磁性ナノ微粒子などの金属ナノ微粒子をコアとしてその表面を、ホスホリルコリン基を頭部に持つアルカンチオールと適当量のアミノオキシリンカーを含むアルカンチオールの自己組織化混合単分子膜で完全被覆した抗凝集性ナノ微粒子である。(b)は、グライコブロッティング法の基本原理であり、糖鎖の還元末端(アルデヒド基やケトン基を含む化合物)とナノ粒子表面のアミノオキシ基が特異的に反応してオキシム結合を形成する。(c)は、ナノ粒子表面へのがん細胞由来糖鎖パターンの提示法とin vivoイメージングを示す。採取した、あるいは培養したがん細胞から調製した糖鎖を含む混合物から還元末端(アルデヒド基と等価)を持つ糖鎖に特異的な化学反応を活用したグライコブロッティング法によりナノ粒子表面に捕捉し提示させる。 A conceptual diagram of the method for producing glycan-presenting particles of the present invention (a method for producing an exosome model presenting the glycan pattern of cancer cells on its surface and in vivo imaging of its pharmacokinetics and organ targeting) is shown in Figure 1. (a) shows the basic structure of glycan-presenting particles: anti-aggregation nanoparticles whose surface is completely covered with a self-assembled mixed monolayer of an alkanethiol having a phosphorylcholine group at its head and an appropriate amount of an aminooxy linker. (b) shows the basic principle of the glycoblotting method, in which the reducing end of the glycan (a compound containing an aldehyde group or a ketone group) reacts specifically with the aminooxy group on the nanoparticle surface to form an oxime bond. (c) shows a method for presenting a glycan pattern derived from cancer cells on the nanoparticle surface and in vivo imaging. The glycans are captured and displayed on the surface of nanoparticles using the glycoblotting method, which utilizes a chemical reaction specific to glycans with reducing ends (equivalent to aldehyde groups) from a mixture containing glycans prepared from collected or cultured cancer cells.
表面の少なくとも一部をリン脂質で被覆されたナノ粒子は、下記一般式(D)で示される架橋前駆体X及び下記一般式(E)で示されるリン脂質前駆体とコロイド状ナノ粒子とを混合して、ナノ粒子の表面に架橋前駆体X及びリン脂質を担持した表面修飾ナノ粒子を得ることで実施できる。この方法は、特許文献1に記載され、特許文献1の全記載は、ここに特に開示として援用される。Nanoparticles having at least a portion of their surface coated with phospholipids can be produced by mixing a crosslinked precursor X represented by the following general formula (D) and a phospholipid precursor represented by the following general formula (E) with colloidal nanoparticles to obtain surface-modified nanoparticles carrying the crosslinked precursor X and phospholipid on the nanoparticle surface. This method is described in Patent Document 1, the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference.
一般式(D)中、n1は2~30、好ましくは5~20、より好ましくは7~15の範囲の整数である。n2は2~30、好ましくは5~20、より好ましくは7~15の範囲の整数である。一般式(E)は、末端がSH基であること以外は一般式(A)で示されるリン脂質疑似物質基と同様である。一般式(E)中、n3は2~30、好ましくは5~20、より好ましくは7~15の範囲の整数である。一般式(D)で示される架橋前駆体X及び一般式(E)で示されるリン脂質疑似物質前駆体は、いずれも市販品を入手可能であり、また、参考文献に記載の方法で調製することもできる。(参考文献:T. Ohyanagi, et. al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517)In the general formula (D), n1 is an integer ranging from 2 to 30, preferably from 5 to 20, and more preferably from 7 to 15. n2 is an integer ranging from 2 to 30, preferably from 5 to 20, and more preferably from 7 to 15. The general formula (E) is the same as the phospholipid mimetic group represented by the general formula (A) except that the terminal is an SH group. In the general formula (E), n3 is an integer ranging from 2 to 30, preferably from 5 to 20, and more preferably from 7 to 15. Both the crosslinked precursor X represented by the general formula (D) and the phospholipid mimetic precursor represented by the general formula (E) are commercially available products, and can also be prepared by the method described in the reference literature. (Reference literature: T. Ohyanagi, et. al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517)
一般式(D)で示される架橋前駆体X、一般式(E)で示されるリン脂質疑似物質前駆体及びナノ粒子の混合比率は、一般式(D)で示される架橋前駆体X及び一般式(E)で示されるリン脂質疑似物質前駆体のナノ粒子に対する所望の担持量を考慮して適宜決定することができる。The mixing ratio of the crosslinked precursor X represented by general formula (D), the phospholipid pseudo-substance precursor represented by general formula (E), and the nanoparticles can be appropriately determined taking into consideration the desired loading amount of the crosslinked precursor X represented by general formula (D) and the phospholipid pseudo-substance precursor represented by general formula (E) on the nanoparticles.
下記スキーム中に示す一般式(D)で示される架橋前駆体Xはn1が6であり、n2が9であり、一般式(E)で示されるリン脂質疑似物質前駆体のn3が9である。アミノオキシリンカー(AO)とホスホリルコリンリンカー(PC)のモル比AO/PCは任意であり、例えば、100/1~1/100の範囲であることができる。一般式(B)で示される糖鎖構造含有基と一般式(A)で示されるリン脂質疑似物質基との比率が、例えば、モル比率が1:100~100:1の範囲であることができ、好ましくは1:10~10:1の範囲であることから、これに準じた比であることができる。In the crosslinked precursor X shown by general formula (D) in the scheme below, n1 is 6, n2 is 9, and n3 of the phospholipid mimetic precursor shown by general formula (E) is 9. The molar ratio AO/PC of the aminooxy linker (AO) and the phosphorylcholine linker (PC) is arbitrary, and can be, for example, in the range of 100/1 to 1/100. The ratio of the glycan structure-containing group shown by general formula (B) to the phospholipid mimetic group shown by general formula (A) can be, for example, in the molar ratio range of 1:100 to 100:1, and preferably in the range of 1:10 to 10:1, and can be a ratio equivalent thereto.
ナノ粒子は、糖鎖提示粒子において説明したものと同様である。上記スキームでは、金属ナノ粒子の原料としてコロイド状の量子ドット(QDs(QD:Quantum Dot))を用いた。コロイド状量子ドットは、直径の範囲が、例えば、1~20nmの発光性の半導体ナノ粒子の表面に保護基を有する。上記スキームに示すコロイド状量子ドットは表面にトリアルキルリン酸基を有する。ナノ粒子が金属ナノ粒子の場合も、コロイド状の金属ナノ粒子を原料として用いることができる。コロイド状量子ドット及びコロイド状金属ナノ粒子は市販品を入手可能である。The nanoparticles are similar to those described for the glycan-presenting particles. In the above scheme, colloidal quantum dots (QDs (QD: Quantum Dot)) were used as the raw material for the metal nanoparticles. Colloidal quantum dots have protective groups on the surface of luminescent semiconductor nanoparticles with diameters in the range of, for example, 1 to 20 nm. The colloidal quantum dots shown in the above scheme have trialkyl phosphate groups on the surface. When the nanoparticles are metal nanoparticles, colloidal metal nanoparticles can also be used as the raw material. Colloidal quantum dots and colloidal metal nanoparticles are commercially available.
得られた表面修飾ナノ粒子の表面に、所望のがん糖鎖パターンを提示する。糖鎖の提示は、上記で得られた表面修飾ナノ粒子に導入された一般式(D)で示される架橋前駆体Xが有するアミノオキシ基が、還元末端(アルデヒド基と等価)を持つ糖鎖に特異的に反応するグライコブロッティング法により行うことができる。The desired cancer glycan pattern is presented on the surface of the obtained surface-modified nanoparticles. The presentation of glycans can be performed by the glycoblotting method, in which the aminooxy group of the crosslinked precursor X represented by general formula (D) introduced into the surface-modified nanoparticles obtained above reacts specifically with glycans having a reducing end (equivalent to an aldehyde group).
薬剤部位を有する本発明の糖鎖提示粒子は、前記表面修飾ナノ粒子の表面に、所望のがん糖鎖パターン及び薬剤含有部位を提示または担持する。糖鎖及び薬剤含有部位の提示又は担持は、逐次または同時に行うことができる。例えば、上述の通りグライコブロッティング法により糖鎖を提示した後に、薬剤含有部位の担持を行うことができる。糖鎖を提示した表面修飾ナノ粒子に下記一般式(G)で示される薬剤含有前駆体Zを混合して、前記表面修飾ナノ粒子上の架橋前駆体Xと連結させて一般式(C)で示される薬剤含有基をさらに形成することで得ることができる。The glycan-presenting particles of the present invention having a drug moiety present or carry a desired cancer glycan pattern and a drug-containing moiety on the surface of the surface-modified nanoparticle. The presentation or carrying of the glycan and the drug-containing moiety can be performed sequentially or simultaneously. For example, the drug-containing moiety can be carried after the glycan is presented by the glycoblotting method as described above. The drug-containing moiety can be obtained by mixing the surface-modified nanoparticle presenting the glycan with a drug-containing precursor Z represented by the following general formula (G) and linking it to the crosslinked precursor X on the surface-modified nanoparticle to further form a drug-containing group represented by general formula (C).
本発明の製造方法における糖鎖含有部位及び薬剤含有部位は、本発明の粒子における糖鎖含有部位及び薬剤含有部位とそれぞれ同義である。一般式(G)で示される薬剤含有前駆体Zは、例えば、特許文献1(WO2017/131242A1/US2020138973(A1))に記載の方法に準じて合成できる。The glycan-containing portion and the drug-containing portion in the manufacturing method of the present invention are synonymous with the glycan-containing portion and the drug-containing portion in the particles of the present invention. The drug-containing precursor Z represented by general formula (G) can be synthesized, for example, according to the method described in Patent Document 1 (WO2017/131242A1/US2020138973(A1)).
(がん細胞の糖鎖パターン決定方法)
本発明は、被検者から採取したがん細胞から、がん細胞の表面にある糖鎖をプロファイルし、プロファイルした糖鎖に基づいて糖鎖パターンを決定することを含む。
がん細胞の表面にある糖鎖のプロファイルは、上述のように、公知の分析法により行うことができる。
(Method for determining glycan patterns of cancer cells)
The present invention involves profiling glycans present on the surface of cancer cells collected from a subject, and determining a glycan pattern based on the profiled glycans.
The profile of glycans on the surface of cancer cells can be determined by known analytical methods, as described above.
得られた糖鎖パターンの決定は、プロファイルした糖鎖が、
(1)体内動態が主に末端ハイマンノース型糖鎖に依存する糖鎖パターンA、
(2)体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンB、
(3)体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンC、及び
(4)体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンDからなる群から選択される何れの糖鎖パターンであるかを特定することで行うことができる。
The glycan pattern obtained is determined by determining whether the profiled glycans are:
(1) Glycosylation pattern A, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal high mannose type glycans;
(2) Glycosylation pattern B, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
This can be achieved by identifying which glycan pattern is selected from the group consisting of (3) glycan pattern C, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans, and (4) glycan pattern D, whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,3 sialic acid type glycans.
上記糖鎖パターンは、より具体的には、例えば、
がん糖鎖パターンAは、糖鎖の45モル%以上が末端ハイマンノース型糖鎖であり、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンBは、糖鎖の末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であり、
がん糖鎖パターンCは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多く、
がん糖鎖パターンDは、糖鎖の2~100%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い。
More specifically, the sugar chain pattern is, for example,
Cancer glycan pattern A is characterized in that 45 mol % or more of the glycans are terminal high mannose type glycans, and 0% or more and less than 2% are terminal sialic acid type glycans;
Cancer glycan pattern B is characterized in that terminal high mannose type glycans are less than 45% and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%;
Cancer glycan pattern C is characterized in that 2-100% of the glycans are terminal sialic acid glycans, and the content of terminal α2,6 sialic acid glycans is greater than the content of terminal α2,3 sialic acid glycans;
In cancer sugar chain pattern D, 2-100% of the sugar chains are terminal sialic acid type sugar chains, and the content of terminal α2,3 sialic acid type sugar chains is higher than the content of terminal α2,6 sialic acid type sugar chains.
本発明の決定方法において、決定された糖鎖パターンが糖鎖パターンAの場合、タイプ1の体内動態を示し、がん細胞の転移傾向が低いことを示唆する。決定された糖鎖パターンが糖鎖パターンBの場合、タイプ2の体内動態を示し、がん細胞が肝臓及び脾臓への転移傾向があることを示唆する。決定された糖鎖パターンが糖鎖パターンCの場合、タイプ3の体内動態を示し、がん細胞が腋窩及び鎖骨上リンパ節への転移傾向があることを示唆する。決定された糖鎖パターンが糖鎖パターンDの場合、タイプ4の体内動態を示し、がん細胞が肺、肝臓、脾臓、脳及び腎臓への転移傾向があることを示唆する。In the determination method of the present invention, when the determined glycan pattern is glycan pattern A, it shows type 1 pharmacokinetics, suggesting that the cancer cells have a low tendency to metastasize. When the determined glycan pattern is glycan pattern B, it shows
本発明の決定方法で決定されたがん細胞の糖鎖パターンに基づいて、被検者が有するがん細胞の糖鎖パターンが、タイプ1~4の何れの体内動態を示す糖鎖パターンであるかを勘案して、医療関係者により、対象となったがん細胞の転移性を診断することができる。Based on the glycan pattern of cancer cells determined by the method of the present invention, medical professionals can diagnose the metastatic potential of the target cancer cells by considering whether the glycan pattern of the cancer cells possessed by the subject indicates any of types 1 to 4 of endothelial dynamics.
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。但し、実施例は本発明の例示であって、本発明は実施例に限定される意図ではない。The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the examples are merely illustrative of the present invention, and the present invention is not intended to be limited to the examples.
実施例1
(1)がん細胞内および細胞膜表面に存在する全てのタンパク質の翻訳後糖鎖修飾の状態(糖鎖発現パターン及びそれらの発現量)のプロファイル
Example 1
(1) Profile the post-translational glycan modification status (glycan expression patterns and their expression levels) of all proteins present in cancer cells and on the cell membrane surface
ヒトがん細胞の糖鎖プロファイル:
4種類のヒト培養がん細胞(MCF7, MDA-MB-231, A549, HepG2)を、それぞれ約5 x 105個(全タンパク質量として約100μg)用いることで、これらのがん細胞の全糖鎖プロファイルを細胞のグライコブロッティング法の一般的なプロトコル(S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537)に従って詳細に解析した(図2a)。次いで、それらの糖鎖構造について内部標準化合物を指標としてグライコタイピング解析によって主要な構造モチーフとのそれら発現量の関係を明らかにした(図2b)。 Glycoprofiles of human cancer cells :
Using approximately 5 x 105 cells (approximately 100 μg of total protein) of four types of human cultured cancer cells (MCF7, MDA-MB-231, A549, HepG2), the total glycan profiles of these cancer cells were analyzed in detail according to a general protocol for cell glycoblotting (S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537) (Fig. 2a). Next, the relationship between the expression levels of major structural motifs and their glycan structures was clarified by glycotyping analysis using internal standard compounds as indicators (Fig. 2b).
(2)がん糖鎖パターン提示ナノ粒子(糖鎖提示粒子)の作製法およびマウスへの静脈内投与後のリアルタイムイメージングによる体内動態の解析(原理とプロトコルについては図1を参照) (2) Method for producing nanoparticles that display cancer glycan patterns (glycan-displaying particles) and analysis of their in vivo dynamics by real-time imaging after intravenous administration to mice (see Figure 1 for the principle and protocol)
(2-1)がん細胞由来糖鎖の調製法:
ヒト培養がん細胞MCF7(ATCC)、A549(JCBR)、HepG2(RIKEN)それぞれ1 x 106個を10% fetal bovine serum(FBS)を含むD-MEM High-glucose培地(Wako)中、37℃、5% CO2の条件下で48時間培養する。また、MDA-MB-231(RIKEN)については1 x 106個を10% fetal bovine serum(FBS)を含むLeibovitz’s L-15培地(Wako)中、37℃で48時間培養することでそれぞれのがん細胞を2~3 x 106個(全タンパク質量として約500μgに相当)とする。細胞を氷冷した1 mLの0.2 Mリン酸緩衝液(pH7.4)で剥がしとり10 mM EDTAを含むリン酸緩衝液(pH7.4)1 mLに懸濁させて10,000 g、4℃で10分間遠心して上清を除く。残渣に0.1%SDS、1%Triton-X100および100 mM炭酸水素アンモニウムから成る溶液100μLを加えて可溶化し、総タンパク質量をBCA(bicinchoninic acid)法により定量する。タンパク質500μg相当量を1,4-dithithreiol(DTT, 20μL, 120 mM/MilliQ)と60℃で30分、次いでiodoacetamide(IAA, 40μL, 123 mM/MilliQ)と冷暗所、室温にて1時間反応させる。タンパク質混合液に400Uのトリプシン(Sigma Aldrich)を加えて37℃で一晩処理後90℃で10分間加熱することで加水分解を停止させる。この反応液に2UのPNGaseF(Roche Applied Science)を加えて37℃で一晩反応させて減圧下遠心型濃縮器(SpeedVac)で溶媒を留去して乾固させ、分析用試料を作製した。 (2-1) Preparation of cancer cell-derived glycans :
Human cultured cancer cells MCF7 (ATCC), A549 (JCBR), and HepG2 (RIKEN) were cultured at 1 x 106 cells each in D-MEM High-glucose medium (Wako) containing 10% fetal bovine serum (FBS) at 37℃ and 5% CO2 for 48 hours. For MDA-MB-231 (RIKEN), 1 x 106 cells were cultured in Leibovitz's L-15 medium (Wako) containing 10% fetal bovine serum (FBS) at 37℃ for 48 hours to obtain 2-3 x 106 cells (equivalent to approximately 500μg of total protein). The cells were detached with 1 mL of ice-cold 0.2 M phosphate buffer (pH 7.4), suspended in 1 mL of phosphate buffer (pH 7.4) containing 10 mM EDTA, and centrifuged at 10,000 g for 10 minutes at 4℃ to remove the supernatant. The residue was solubilized by adding 100 μL of a solution consisting of 0.1% SDS, 1% Triton-X100, and 100 mM ammonium bicarbonate, and the total protein was quantified by the BCA (bicinchoninic acid) method. An amount equivalent to 500 μg of protein was reacted with 1,4-dithithreiol (DTT, 20 μL, 120 mM/MilliQ) at 60°C for 30 minutes, and then with iodoacetamide (IAA, 40 μL, 123 mM/MilliQ) at room temperature for 1 hour in a cool, dark place. 400 U of trypsin (Sigma Aldrich) was added to the protein mixture, which was then treated overnight at 37°C and heated at 90°C for 10 minutes to stop hydrolysis. 2 U of PNGaseF (Roche Applied Science) was added to the reaction solution, which was then reacted overnight at 37°C, and the solvent was removed using a centrifugal concentrator (SpeedVac) under reduced pressure to dry the mixture, preparing a sample for analysis.
(2-2)糖鎖提示用ナノ粒子の作製法:
常法(S.-I. Nishimura eta l., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517; S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086; S.-I. Nishimura, WO2017/131242A1)に従って、量子ドット(1μM TOPO-coated QD800 in decane, Thermo Fischer)を11-mercaptoundecylphosphorylcholine(以下PC-SHと略す)と11,11'-dithio bis[undec-11-yl 12-(aminooxyacetyl)amino hexa(ethyleneglycol)(以下AOHEG-SHと略す)の2種のアルカンチオール誘導体からなる混合単分子膜により完全被覆したナノ粒子(PC-SH/AOHEG-SH=80/1)を作成した。具体的には量子ドット(200μL, 1μM TOPO-coated QD800 in decane)をMeOH(200μL)とi-PrOH(400μL)の混合溶媒に添加して室温で15,000 g、5分間遠心してTOPO-coated QD800を不溶化・沈殿させて上清を除く。残渣にn-hexane(400μL)を加えてTOPO-coated QD800を可溶化し、この溶液にPC-SH(32μL, 100 mM/MeOH, Medicinal Chemistry Pharmaceuticals)、AOHEG-SH(2μL, 10 mM/MilliQ, Mediicinal Chemistry Pharmaceuticals)、さらにNaBH4(1μL, 12 wt% in 14 N NaOH)とMilli Q(200μL)を加え室温で30分間vortex mixerにより激しく撹拌する。静置して有機層を除去した後、水層のナノ粒子を限外ろ過(YM50、Thermo Fischer)により分取、Milli Q(500μL)で3回洗浄して精製した(100μL, 2μM/MilliQとして速やかにがん細胞の糖鎖ブロッティングに供する)。同時にPC-SHのみで単分子膜被覆した糖鎖を持たないナノ粒子(PC-SH/AOHEG-SH=100/0)をコントロールとして作製した。 (2-2) Method for preparing nanoparticles for displaying sugar chains :
According to the standard method (S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517; S.-I. Nishimura et al., ACS Chem. Biol. 2015, 10, 2073-2086; S.-I. Nishimura, WO2017/131242A1), quantum dots (1 μM TOPO-coated QD800 in decane, Thermo Fischer) were coated with 11-mercaptoundecylphosphorylcholine (hereafter abbreviated as PC-SH) and 11,11'-dithio bis[undec-11-yl 12-(aminooxyacetyl)amino We prepared nanoparticles (PC-SH/AOHEG-SH=80/1) completely coated with a mixed monolayer consisting of two types of alkanethiol derivatives of hexa(ethyleneglycol) (hereafter abbreviated as AOHEG-SH). Specifically, quantum dots (200μL, 1μM TOPO-coated QD800 in decane) were added to a mixed solvent of MeOH (200μL) and i-PrOH (400μL), and centrifuged at 15,000 g at room temperature for 5 minutes to insolubilize and precipitate the TOPO-coated QD800, and the supernatant was removed. The residue was added with n-hexane (400μL) to solubilize the TOPO-coated QD800, and PC-SH (32μL, 100 mM/MeOH, Medicinal Chemistry Pharmaceuticals), AOHEG-SH (2μL, 10 mM/MilliQ, Medicinal Chemistry Pharmaceuticals), NaBH 4 (1μL, 12 wt% in 14 N NaOH) and Milli Q (200μL) were added to this solution and vigorously stirred at room temperature for 30 minutes using a vortex mixer. After leaving it to stand and removing the organic layer, the nanoparticles in the aqueous layer were separated by ultrafiltration (YM50, Thermo Fischer) and purified by washing three times with Milli Q (500μL) (100μL, 2μM/MilliQ was used immediately for glycan blotting of cancer cells). At the same time, nanoparticles without sugar chains, coated with a monolayer of PC-SH only (PC-SH/AOHEG-SH=100/0), were prepared as a control.
(2-3)本発明の糖鎖提示粒子であるがん糖鎖パターン提示ナノ粒子の作製法:
(A)の工程で種々のがん細胞から調製した糖鎖を含む混合物(20μL, 全タンパク質量として約500μg相当)と50 mM酢酸緩衝液(200μL, pH4.0)を(B)の工程で作製したナノ粒子溶液(100μL, 2μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=80/1)に加えて37℃で1.5時間反応させる(時々緩やかに撹拌する程度)。がん糖鎖パターン提示ナノ粒子は限外ろ過(YM50、Thermo Fischer)により分取、Milli Q(500μL)で洗浄し、生理食塩水(200μL, 0.9%NaCl水溶液)に溶解させて動物実験に供する。得られたがん糖鎖パターン提示ナノ粒子の平均粒子径は、ファイバー光学動的光散乱光度計FDLS-3000(大塚電子製)で測定した結果、15.1~28.0 nmであった。 (2-3) Method for preparing cancer sugar chain pattern-presenting nanoparticles, which are sugar chain-presenting particles of the present invention :
The mixture containing glycans prepared from various cancer cells in step (A) (20 μL, equivalent to approximately 500 μg of total protein) and 50 mM acetate buffer (200 μL, pH 4.0) were added to the nanoparticle solution prepared in step (B) (100 μL, 2 μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=80/1) and reacted at 37°C for 1.5 hours (with occasional gentle stirring). The nanoparticles presenting cancer glycan patterns were separated by ultrafiltration (YM50, Thermo Fischer), washed with Milli Q (500 μL), and dissolved in saline (200 μL, 0.9% NaCl aqueous solution) for animal experiments. The average particle size of the obtained nanoparticles presenting cancer glycan patterns was 15.1-28.0 nm as measured by a fiber optic dynamic light scattering spectrometer FDLS-3000 (Otsuka Electronics).
(2-4)がん糖鎖パターン提示ナノ粒子(糖鎖提示粒子)の体内動態と臓器指向性:
がん糖鎖パターン提示ナノ粒子(100μL, 1μM/0.9%NaCl水溶液)を5週齢以上のマウス(male, BALB/c)に静脈内投与した。投与後3時間までのナノ粒子の生体内動態をIVISイメージングシステム(Summit Pharmaceuticals International)を用いて近赤外蛍光スペクトルによりリアルタイムで観察した(露出時間1 sec、励起波長710 nm、検出波長820 nm)。静脈内投与から3時間経過後、マウスを解剖し主要な臓器を摘出してそれぞれの蛍光強度を観察した。以下、実施例においては、がん糖鎖パターン提示ナノ粒子(糖鎖提示粒子)の体内動態は、投与後の体内での粒子の移動及び排出の状態を体内動態と記載し、粒子の各臓器や組織への分布や集積状態を特に臓器指向性と記載する。 (2-4) Pharmacokinetics and organ targeting of cancer glycan pattern-displaying nanoparticles (glycan-displaying particles) :
Cancer glycan pattern-presenting nanoparticles (100 μL, 1 μM/0.9% NaCl aqueous solution) were intravenously administered to mice (male, BALB/c) aged 5 weeks or older. The in vivo dynamics of the nanoparticles up to 3 hours after administration were observed in real time by near-infrared fluorescence spectroscopy using an IVIS imaging system (Summit Pharmaceuticals International) (exposure time 1 sec, excitation wavelength 710 nm, detection wavelength 820 nm). Three hours after intravenous administration, the mice were dissected, and the major organs were removed and their fluorescence intensities were observed. In the following examples, the in vivo dynamics of the cancer glycan pattern-presenting nanoparticles (glycan-presenting particles) is described as the movement and excretion of the particles in the body after administration, and the distribution and accumulation of the particles in each organ or tissue is particularly described as organ tropism.
4種類のヒト培養がん細胞(MCF7, MDA-MB-231, A549, HepG2)の糖鎖を提示したナノ粒子(GNS-MCF7, GNS-MDA-MB-231, GNS-A549, GNS-HepG2)のそれぞれについて、およびコントロールのマウス静脈内投与後3時間までの体内動態と3時間後に解剖した際の各臓器での分布状態を図3に示した。Figure 3 shows the pharmacokinetics of nanoparticles (GNS-MCF7, GNS-MDA-MB-231, GNS-A549, GNS-HepG2) presenting glycans derived from four types of human cultured cancer cells (MCF7, MDA-MB-231, A549, HepG2) and the control nanoparticles within 3 hours after intravenous administration to mice, as well as their distribution in each organ when dissected 3 hours later.
(i) コントロール(糖鎖を有しないナノ粒子)
これらの実験により、PC-SHのみを用いて単分子膜被覆したコントロールは静脈内投与後3時間を経過しても特定の臓器指向性を示さず(各臓器への相対的指向性は0.8~2.5)、すい臓以外の臓器(全身)にほぼ一様に分布することが再確認された(S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517)。
(i) Control (nanoparticles without glycans)
These experiments confirmed that the control, which was coated with a monolayer using only PC-SH, did not show any specific organ tropism even 3 hours after intravenous administration (relative tropism to each organ was 0.8-2.5), and was distributed almost uniformly to organs (whole body) except the pancreas (S.-I. Nishimura et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12507-12517).
(ii) GNS-MCF7
図2aと2bに示すとおり、糖鎖成分として、全糖鎖の約94%が7種類のハイマンノース型糖鎖で約6%がガラクトース末端を持つ2種類の糖鎖を含む糖鎖パターンである、転移性の見られない乳がん細胞であるMCF7の糖鎖パターンを提示した場合はそのほとんどが静脈内投与後特定の臓器に集積すること無く約15分以内に速やかに体外に排出された(図3a)。3時間後に解剖したマウスにおいても臓器での集積はほとんど観察されず、その一部が胃腸内の糞便に混入していた(図3b)。すなわち、糖鎖パターンAのハイマンノース型糖鎖(末端がマンノースのみのオリゴ糖)を提示する糖鎖提示粒子は、体外への排泄機構を有しており、タイプ1の体内動態を示すことが明らかになった。
(ii) GNS-MCF7
As shown in Figures 2a and 2b, when the glycan pattern of non-metastatic breast cancer cells MCF7, which has a glycan pattern containing seven types of high mannose glycans and two types of galactose-terminated glycans that account for approximately 94% of the total glycans, was presented, most of the glycans were rapidly excreted from the body within approximately 15 minutes after intravenous administration without accumulating in any specific organs (Figure 3a). Even in mice dissected 3 hours later, almost no accumulation in any organs was observed, and some of the glycans were mixed into the feces in the gastrointestinal tract (Figure 3b). In other words, it was revealed that glycan-presenting particles presenting high mannose glycans of glycan pattern A (oligosaccharides with only mannose at the end) have an excretion mechanism and exhibit type 1 pharmacokinetics.
(iii) GNS- MDA-MB-231
糖鎖成分として、2本鎖あるいは3本鎖の5種類の末端シアル酸型糖鎖を全糖鎖の18%、5種類のハイマンノース型糖鎖を82%含む糖鎖パターン(図2aと2b)であり、転移性の乳がん細胞であるMDA-MB-231の糖鎖パターンを提示した場合はGNS-MCF7の体内動態とは全く異なり、静脈内投与後3時間において腋窩および鎖骨上リンパ節への集積が特に顕著であり(矢印で表示)、タイプ3の体内動態を示した。また、投与後1~2時間あたりまでは肺、心臓、肝臓、脾臓、腎臓などにもナノ粒子の分布が確認できたが3時間後までにはそのほとんどが体外に排出された。以上の結果はナノ粒子の表面における糖鎖成分であるNeu5Acα2,6GalあるいはNeu5Acα2,3Galユニットを末端に含む糖鎖が乳がん細胞の転移性と臓器指向性を決定していることを示唆している。
(iii) GNS- MDA-MB-231
The glycan pattern included five types of terminal sialic acid-type glycans, either di- or tri-antennary, which accounted for 18% of the total glycans, and five types of high mannose-type glycans, which accounted for 82% (Fig. 2a and 2b). When the glycan pattern of metastatic breast cancer cells, MDA-MB-231, was presented, the pharmacokinetics was completely different from that of GNS-MCF7, and accumulation in the axillary and supraclavicular lymph nodes was particularly prominent 3 hours after intravenous administration (indicated by arrows), indicating type 3 pharmacokinetics. In addition, the distribution of nanoparticles was confirmed in the lungs, heart, liver, spleen, kidneys, etc. up to 1 to 2 hours after administration, but most of them were excreted from the body by 3 hours. These results suggest that glycans containing Neu5Acα2,6Gal or Neu5Acα2,3Gal units at the terminus, which are glycan components on the surface of nanoparticles, determine the metastatic potential and organ tropism of breast cancer cells.
(iv) GNS-A549
糖鎖成分として、2本鎖あるいは3本鎖の5種類の末端シアル酸型糖鎖を全糖鎖の19%、ガラクトース末端を持つ糖鎖を11%、N-アセチルグルコサミンを末端に持つ糖鎖を8%、さらに7種類のハイマンノース型糖鎖を62%含む糖鎖パターンである(図2aと2b)、A549の糖鎖パターンを提示した場合は静脈内投与後3時間においても全身に広く分布しており、特に肺、肝臓、脾臓での蓄積が非常に顕著で脳と腎臓にも分布が確認でき、タイプ4の体内動態を示した。
(iv) GNS-A549
The glycan pattern contained five types of terminal sialic acid-type glycans with two or three chains (19% of the total glycans), galactose-terminated glycans (11%), N-acetylglucosamine-terminated glycans (8%), and seven types of high mannose-type glycans (62%) (Fig. 2a and 2b). When the glycan pattern of A549 was presented, it was widely distributed throughout the body even 3 hours after intravenous administration, with particularly significant accumulation in the lungs, liver, and spleen, and distribution in the brain and kidneys, indicating
(v) GNS-HepG2
糖成分として、2本鎖あるいは3本鎖の2種類の末端シアル酸型糖鎖を全糖鎖の6%、ガラクトース末端を持つ糖鎖を9%、N-アセチルグルコサミンを末端に持つ糖鎖を13%、さらに7種類のハイマンノース型糖鎖を72%含む糖鎖パターン(図2aと2b)である、HepG2の糖鎖パターンを提示したナノ粒子の場合は、GNS-A549と非常に良く似たタイプ4の体内動態を示した。しかし、Neu5Acα2,6GalあるいはNeu5Acα2,3Galユニットの全糖鎖に占める割合が19%のGNS-A549は6%のGNS-HepG2よりも肺、肝臓、および脾臓への集積量がいずれも明らかに多いことも明らかとなった。しかし、これら2種のがん細胞由来糖鎖を提示したナノ粒子の投与後3時間での臓器指向性(蓄積性)は、GNS-HepG2の場合は、GNS-MDA-MB-231の場合と大きく異なることから、これらの違いは末端のシアル酸とガラクトースの結合様式(α2,6結合とα2,3結合の違い)が静脈内投与後のナノ粒子の臓器指向性に影響していることが考えられた。
(v) GNS-HepG2
Nanoparticles presenting the glycan pattern of HepG2, which contains two types of terminal sialic acid glycans (di- or tri-antennary) at the terminal (6%), galactose-terminated glycans (9%), N-acetylglucosamine-terminated glycans (13%), and seven types of high mannose-type glycans (72%) (Fig. 2a and 2b), showed
実施例2
(1)末端のシアル酸とガラクトースの結合様式(α2,6結合とα2,3結合)が相違する人工的に作製した糖鎖パターンを有する糖鎖提示粒子
MDA-MB-231細胞とA549細胞およびHepG2細胞はいずれも、糖鎖成分として、2本鎖あるいは3本鎖の末端シアル酸型糖鎖を有意に発現するヒトがん細胞である。しかし、実施例1の結果では、体内動態と臓器指向性がMDA-MB-231細胞とA549細胞およびHepG2細胞について異なっていた。このことからシアル酸とガラクトースの結合様式(α2,6結合とα2,3結合の違い)が静脈内投与後のこれら糖鎖パターン提示ナノ粒子の体内動態の違いを決定していることが予想された。そこで本実施例では、予めα2,6結合とα2,3結合で連結された個々の末端シアル酸型糖鎖のどちらかのみを人工的に提示したナノ粒子を作製し、それぞれの体内動態及び臓器指向性を検討し、末端シアル酸型糖鎖の違いによる体内動態の違いを確認した。
Example 2
(1) Glycan-presenting particles with artificially engineered glycan patterns that have different linkages between terminal sialic acid and galactose (α2,6 linkage and α2,3 linkage)
MDA-MB-231 cells, A549 cells, and HepG2 cells are all human cancer cells that significantly express diantennary or triantennary terminal sialic acid glycans as glycan components. However, in the results of Example 1, the pharmacokinetics and organ tropism were different between MDA-MB-231 cells, A549 cells, and HepG2 cells. From this, it was predicted that the binding mode of sialic acid and galactose (α2,6 bond or α2,3 bond) determines the difference in the pharmacokinetics of these glycan pattern-presenting nanoparticles after intravenous administration. Therefore, in this Example, nanoparticles that artificially display only one of the individual terminal sialic acid glycans linked by α2,6 bond or α2,3 bond were prepared in advance, and the pharmacokinetics and organ tropism of each were examined, and the difference in the pharmacokinetics due to the difference in the terminal sialic acid glycan was confirmed.
Ruddy duckの卵白において主要な糖鎖である非還元末端がガラクトースの多分岐型糖鎖構造であるので、基質特異性が既知の2種類のシアル酸転移酵素Pasteurella multocida由来α2,3-(N)-sialyltransferaseおよびhuman α2,6-(N)-sialyltransferaseによってシアル酸を末端のガラクトースに付加し改変させて、Neu5Acα2,3GalあるいはNeu5Acα2,6Galのどちらかのみを含む糖鎖パターンを誘導した(図4a)。 In ruddy duck egg white, the major glycan at the non-reducing end is a multibranched galactose glycan structure. Two sialyltransferases with known substrate specificities, Pasteurella multocida-derived α2,3-(N)-sialyltransferase and human α2,6-(N)-sialyltransferase, were used to modify the terminal galactose by adding sialic acid to induce a glycan pattern containing only Neu5Acα2,3Gal or Neu5Acα2,6Gal (Fig. 4a).
(1-1)Ruddy duckの卵白糖鎖プロファイルのシアル酸転移酵素による改変法:
Ruddy duck卵白(17 mg/50μL in Milli Q, 約1 mM LacNAc unitに相当)にCMP-Neu5Ac(10μL, 200 mM/milliQ, Yamasa)、α2,3-(N)-sialyltransferase(5μL, 1000 mU/mL, Sigma Aldrich)、HEPES-NaOH緩衝液(10μL, 1 M/milliQ, pH8.0)さらにmilliQ(10μL)を加えて総容量を100μLとし、37℃で20時間反応させる。同様に、Ruddy duck卵白(17 mg/50μL in Milli Q, 約1 mM LacNAc unitに相当)にCMP-Neu5Ac(10μL, 200 mM/milliQ, Yamasa)、α2,6-(N)-sialyltransferase(10μL, 516 mU/mL, Medicinal Chemistry Pharmaceuticals)、リン酸緩衝液(10μL, 1 M/milliQ, pH6.5)さらにmilliQ(10μL)を加えて総容量100μLとし、37℃で20時間反応させる。 (1-1) Method for modifying ruddy duck egg white glycan profile using sialyltransferase :
Ruddy duck egg white (17 mg/50 μL in MilliQ, equivalent to approximately 1 mM LacNAc unit) was mixed with CMP-Neu5Ac (10 μL, 200 mM/milliQ, Yamasa), α2,3-(N)-sialyltransferase (5 μL, 1000 mU/mL, Sigma Aldrich), HEPES-NaOH buffer (10 μL, 1 M/milliQ, pH 8.0), and milliQ (10 μL) to make a total volume of 100 μL, and the mixture was incubated at 37°C for 20 hours. Similarly, CMP-Neu5Ac (10 μL, 200 mM/milliQ, Yamasa), α2,6-(N)-sialyltransferase (10 μL, 516 mU/mL, Medicinal Chemistry Pharmaceuticals), phosphate buffer (10 μL, 1 M/milliQ, pH 6.5), and milliQ (10 μL) were added to ruddy duck egg white (17 mg/50 μL, equivalent to approximately 1 mM LacNAc unit) to make a total volume of 100 μL, and the mixture was reacted at 37°C for 20 hours.
(1-2)Button Quail、Chicken、Ruddy duck卵白タンパク質およびシアル酸修飾Ruddy duck卵白の糖鎖プロファイル:
上記(A)の工程に従って5種類の卵白・シアル酸修飾卵白総タンパク質換算500μg相当量を1,4-dithithreiol(DTT, 20μL, 120 mM/MilliQ)と60℃で30分、次いでiodoacetamide(IAA, 40μL, 123 mM/MilliQ)と冷暗所、室温にて1時間反応させる。タンパク質混合液に400Uのトリプシン(Sigma Aldrich)を加えて37℃で一晩処理後90℃で10分間加熱することで加水分解を停止させる。この反応液に2UのPNGaseF(Roche Applied Science)を加えて37℃で一晩反応させて減圧下遠心型濃縮器(SpeedVac)で溶媒を留去して乾固させて糖鎖プロファイリング用の試料を作製した(図4bおよび4c)。 (1-2) Glycosylation profiles of button quail, chicken, and ruddy duck egg white proteins and sialic acid-modified ruddy duck egg white :
Following the above process (A), five types of egg whites and sialic acid-modified egg whites were reacted with 1,4-dithithreiol (DTT, 20 μL, 120 mM/MilliQ) at 60°C for 30 minutes, and then with iodoacetamide (IAA, 40 μL, 123 mM/MilliQ) at room temperature for 1 hour in a cool, dark place. 400 U of trypsin (Sigma Aldrich) was added to the protein mixture, which was then incubated overnight at 37°C and heated at 90°C for 10 minutes to stop hydrolysis. 2 U of PNGaseF (Roche Applied Science) was added to the reaction solution, which was then incubated overnight at 37°C. The solvent was removed under reduced pressure using a centrifugal concentrator (SpeedVac) to dry the mixture, and samples for glycan profiling were prepared (Figures 4b and 4c).
図4bと4cから明らかなようにButton Quail卵白の糖鎖は糖鎖成分として約50%がハイマンノース型糖鎖でN-アセチルグルコサミンを末端とする糖鎖が40%さらにわずかのガラクトース末端が見られるのみでシアル酸は全く存在しない。Chicken卵白についても糖鎖成分として、シアル酸は検出されず、N-アセチルグルコサミンを末端とする3~5本鎖の多分岐型の糖鎖が約40%とガラクトース末端が30%で残りがハイマンノース型糖鎖であった。Ruddy duckの卵白にも、糖鎖成分としてシアル酸は全く見られず非還元末端にガラクトース残基が存在する3~5本鎖の多分岐型の糖鎖が全体の約65%を占めており、残りはハイマンノース型糖鎖が25%およびN-アセチルグルコサミンを末端とする糖鎖が10%程度存在することが確認できた。また、これら3種の鳥卵白の糖鎖にはフコース残基が全く存在しないことも明らかになった。As is clear from Figures 4b and 4c, the glycans of Button Quail egg white are approximately 50% high mannose type glycans, 40% N-acetylglucosamine-terminated glycans, and a small amount of galactose termini, with no sialic acid at all. In chicken egg white, no sialic acid was detected as a glycan component, and approximately 40% were N-acetylglucosamine-terminated 3- to 5-branched glycans, 30% were galactose termini, and the remainder were high mannose type glycans. In Ruddy duck egg white, no sialic acid was detected as a glycan component, and approximately 65% were 3- to 5-branched glycans with galactose residues at the non-reducing end, with the remaining 25% being high mannose type glycans and approximately 10% being N-acetylglucosamine-terminated glycans. It was also confirmed that the glycans of these three bird egg whites are completely free of fucose residues.
図4aのスキームに従って Ruddy duckの卵白をCMP-シアル酸の存在下α2,3-(N)-sialyltransferase(recombinant Pasteurella multocida)およびα2,6-(N)-sialyltransferase(recombinant human)で処理してシアル酸が多数付加した2,3S-Ruddy duckと2,6S-Ruddy duckが誘導できた。According to the scheme in Figure 4a, ruddy duck egg white was treated with α2,3-(N)-sialyltransferase (recombinant Pasteurella multocida) and α2,6-(N)-sialyltransferase (recombinant human) in the presence of CMP-sialic acid to induce 2,3S-ruddy duck and 2,6S-ruddy duck with a large number of sialic acids added.
また、グライコタイピング法(S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537)による糖鎖プロファイルの結果、2,3S-Ruddy duckと2,6S-Ruddy duckはヒトがん細胞A549やHepG2の糖鎖プロファイルとも非常に良く似ていた(図2bと4c)。In addition, the glycan profiles of 2,3S-Ruddy duck and 2,6S-Ruddy duck were found to be very similar to those of human cancer cells A549 and HepG2 (Figs. 2b and 4c) by glycotyping (S.-I. Nishimura et al., Mol. Cell. Proteomics 2010, 9, 523-537).
(2)人工的に作製した糖鎖パターンを提示した糖鎖提示粒子の臓器指向性
実施例2(1)の方法で調製したButton Quail、Chicken、およびRuddy duckの卵白糖鎖、Ruddy duckの卵白糖鎖を改変した2種類の糖鎖パターンの糖鎖試料(いずれも総タンパク質換算500μg相当量から調製)、さらに鶏卵黄の糖ペプチド(500μg、17 nmol; sialylglycopeptide, SGP, Tokyo Chemical Industry、糖鎖部位においてα2,6結合型でシアル酸とガラクトースが結合)を実施例1(2-1)の工程に従ってPNGase処理して粗生成物を調製した。これらの糖鎖を含む混合物を実施例1(2-3)の工程に従ってナノ粒子溶液(100μL, 2μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=80/1)と混合・反応させた後に精製して糖鎖パターン提示ナノ粒子(GNSs)を作製した。得られた糖鎖パターン提示ナノ粒子の平均粒子径は、ファイバー光学動的光散乱光度計FDLS-3000(大塚電子製)で測定した結果 14.4~24.4nmであった。これらの糖鎖を提示したナノ粒子を実施例1(2-4)に記載した方法でマウスに静脈内投与してそれらの体内動態と臓器指向性を近赤外蛍光顕微鏡(露出時間1 sec、励起波長710 nm、検出波長820 nm)で観察した(図5a~5c)。 (2) Organ targeting of glycan-presenting particles displaying artificially produced glycan patterns The egg white glycans of button quail, chicken, and ruddy duck prepared by the method of Example 2(1), glycan samples of two types of glycan patterns obtained by modifying the egg white glycan of ruddy duck (each prepared from an amount equivalent to 500 μg of total protein), and glycopeptide from chicken egg yolk (500 μg, 17 nmol; sialylglycopeptide, SGP, Tokyo Chemical Industry, sialic acid and galactose are bound in an α2,6-linked manner at the glycan site) were treated with PNGase according to the procedure of Example 1(2-1) to prepare crude products. The mixtures containing these glycans were mixed and reacted with a nanoparticle solution (100 μL, 2 μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=80/1) according to the procedure of Example 1(2-3), and then purified to prepare glycan-pattern-presenting nanoparticles (GNSs). The average particle size of the obtained glycan pattern-presenting nanoparticles was 14.4-24.4 nm as measured by a fiber optic dynamic light scattering spectrometer FDLS-3000 (Otsuka Electronics Co., Ltd.). These glycan-presenting nanoparticles were intravenously administered to mice as described in Example 1 (2-4), and their pharmacokinetics and organ tropism were observed by near-infrared fluorescence microscopy (exposure time 1 sec, excitation wavelength 710 nm, detection wavelength 820 nm) (Fig. 5a-5c).
図5に示したとおり、糖鎖構造およびそのプロファイルが明確であり、安全・安価な生体由来素材であるうずら、鶏、アヒルの卵白および鶏卵黄の糖鎖を改変して得られた糖鎖パターンをナノ粒子に提示することで、本発明の糖鎖提示粒子を製造できることが分かる。As shown in Figure 5, the glycan structure and its profile are clear, and it can be seen that the glycan-presenting particles of the present invention can be produced by presenting the glycan pattern obtained by modifying the glycans of quail, chicken, and duck egg white and chicken egg yolk, which are safe and inexpensive biological materials, on nanoparticles.
具体的には、(i)ハイマンノース型糖鎖が全体の約50%を占めるButton Quail卵白から調製したGNS-Button Quailのマウス体内での滞留性はやや延長しているが(図5b)投与から3時間経過後の体内動態(図5c)はGNS-MCF7の体内動態(図3c)と酷似しておりほとんどが体外に排泄されている(タイプ1の体内動態)。Specifically, (i) the retention time of GNS-Button Quail, which was prepared from Button Quail egg white, in which high mannose-type glycans account for approximately 50% of the total, in the mouse body was somewhat extended (Fig. 5b), but the pharmacokinetics 3 hours after administration (Fig. 5c) were very similar to those of GNS-MCF7 (Fig. 3c), with most of it being excreted from the body (type 1 pharmacokinetics).
(ii)ChickenとRuddy duckの糖鎖パターンを提示したGNS-ChickenとGNS-Ruddy duckは肝臓と脾臓への集積度が際立って高いが(図5bと5c)(タイプ2の体内動態)、これはGNS-ChickenとGNS-Ruddy duckのシアル酸を持たないガラクトースやN-アセチルグルコサミンを末端とする分岐度の高い主要な糖鎖とこれらの臓器・細胞に高発現する哺乳類の肝レクチン(mammalian hepatic lectin)に代表されるアシアロ糖タンパク質レセプター等との特異的な相互作用に依存するところが大きいと思われる(例えばY. C. Lee et al., Acc. Chem. Res. 1997, 28, 321-327等)。
(ii) GNS-Chicken and GNS-Ruddy duck, which show the glycan patterns of chicken and ruddy duck, show remarkably high accumulation in the liver and spleen (Fig. 5b and 5c) (
(iii)Ruddy duck卵白から誘導した糖鎖パターンを提示した2種のナノ粒子(GNS-2,3S-Ruddy duckとGNS-2,6S-Ruddy duck)および鶏卵黄糖ペプチドから調製したGNS-2,6S-A2による体内動態・臓器指向性の解析からMDA-MB-231細胞の主要な末端シアル酸型糖鎖はNeu5Acα2,6Galユニットを末端に含む2本鎖あるいは3本鎖の複合型糖鎖であること(図5bと5c)、さらにGNS-MCF7(図3bと3c)やGNS-Button Quailの体内動態・臓器指向性(図5bと5c)との違いからエキソソーム膜表面におけるNeu5Acα2,6Galユニットを末端に含む糖鎖の全糖鎖(あるいはハイマンノース型糖鎖)に対する割合(分布密度)が乳がん細胞の転移性と臓器指向性を決定していることが明らかになった(図5bに示すとおり、GNS-2,6S-Ruddy duckとGNS-2,6S-A2において腋窩および鎖骨上リンパ節への集積が確認できる)(タイプ3の体内動態)。 (iii) Analysis of the in vivo kinetics and organ tropism of two types of nanoparticles (GNS-2,3S-Ruddy duck and GNS-2,6S-Ruddy duck) that display glycan patterns derived from Ruddy duck egg white and GNS-2,6S-A2 prepared from chicken egg yolk glycopeptides revealed that the major terminal sialic acid-type glycans in MDA-MB-231 cells are di- or tri-antennary complex glycans containing Neu5Acα2,6Gal units at their termini (Figs. 5b and 5c). Furthermore, the difference in the in vivo kinetics and organ tropism of GNS-MCF7 (Figs. 3b and 3c) and GNS-Button Quail (Figs. 5b and 5c) revealed that the ratio (distribution density) of glycans containing Neu5Acα2,6Gal units at their termini to the total glycans (or high mannose-type glycans) on the exosome membrane surface determines the metastatic potential and organ tropism of breast cancer cells (as shown in Fig. 5b, GNS-2,6S-Ruddy duck nanoparticles). Accumulation in the axillary and supraclavicular lymph nodes was confirmed in duck, GNS-2, and 6S-A2 (type 3 pharmacokinetics).
一方、(iv)GNS-2,3S-Ruddy duckの体内動態・臓器指向性(図5bと5c)とGNS-A549及びGNS-HepG2が酷似している(タイプ4の体内動態)ことからA549細胞とHepG2細胞の主要な末端シアル酸型糖鎖構造はNeu5Acα2,3Galユニットを末端に含む2本鎖あるいは3本鎖の複合型糖鎖であること、さらにこの2つのがん細胞由来エキソソームモデルの臓器指向性の違い(図3c)からNeu5Acα2,3Galユニットを末端に含む2本鎖あるいは3本鎖の複合型糖鎖の含有率が静脈内投与後のナノ粒子の臓器指向性のみならず滞留性(血中濃度や半減期)にも強く影響することが示唆された。On the other hand, (iv) the pharmacokinetics and organ tropism of GNS-2,3S-Ruddy duck (Figs. 5b and 5c) are very similar to those of GNS-A549 and GNS-HepG2 (
実施例3
実施例2において、Ruddy duckの卵白糖鎖の酵素による改変によりガラクトースとの結合位置が制御された末端シアル酸型糖鎖成分とハイマンノース型糖鎖成分の全糖鎖に対する比率が体内動態と臓器指向性に大きな影響を与えることが明らかになった。そこで、ハイマンノース型糖鎖の含有率が約70%とButton Quail卵白(50%)よりもさらに高く糖鎖パターンがよりシンプルなJapanese Quail卵白由来の糖鎖(S.-I. Nishimura et al., J. Agri. Food Chem. 2018, in press)と鶏卵黄糖ペプチド由来2,6S-A2糖鎖を任意の割合で混合して、ナノ粒子に提示し、本発明の糖鎖提示粒子を作製した。得られたがん糖鎖パターン提示ナノ粒子の平均粒子径は、ファイバー光学動的光散乱光度計FDLS-3000(大塚電子製)で測定した結果、27.3nmであった。
Example 3
In Example 2, it was revealed that the ratio of terminal sialic acid-type glycan components, in which the binding site with galactose was controlled by enzymatic modification of Ruddy duck egg white glycans, and high mannose-type glycan components to the total glycans has a significant effect on pharmacokinetics and organ tropism. Therefore, glycans derived from Japanese quail egg white (S.-I. Nishimura et al., J. Agri. Food Chem. 2018, in press), which have a higher content of high mannose-type glycans (about 70%) than button quail egg white (50%) and a simpler glycan pattern, and 2,6S-A2 glycans derived from chicken egg yolk glycopeptides were mixed in any ratio and presented on nanoparticles to produce the glycan-presenting particles of the present invention. The average particle diameter of the obtained cancer glycan pattern-presenting nanoparticles was 27.3 nm as measured by a fiber optic dynamic light scattering spectrometer FDLS-3000 (Otsuka Electronics).
(3-1)
Japanese Quail卵白由来の糖鎖試料(約6 nmol; 総タンパク質換算100μg相当量から調製)に2,6S-A2糖鎖試料(17 nmol; SGP 500μgから調製)をそれぞれ0.6 nmol、1.2 nmol、および2.4 nmol添加して3種類の糖鎖を調製した。これらの糖鎖のプロファイルをグライコブロッティング法で解析した結果(図中の%は各ピーク面積から算出した2,6S-A2 糖鎖の全体に占める割合を示す)を図6a、表7に示した。これらの糖鎖パターンを実施例1(2-3)の工程に従ってナノ粒子(100μL, 1μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=40/1)に提示して合計5種類の糖鎖パターン提示ナノ粒子(GNSs)を作製した。2種類の糖鎖(パターン)の混合により人工的に作製した糖鎖パターンを提示するナノ粒子を調製した。
(3-1)
Three types of glycans were prepared by adding 0.6 nmol, 1.2 nmol, and 2.4 nmol of 2,6S-A2 glycan sample (17 nmol; prepared from 500 μg of SGP) to a glycan sample derived from Japanese Quail egg white (approximately 6 nmol; prepared from 100 μg of total protein). The profiles of these glycans were analyzed by glycoblotting (the percentages in the figure indicate the proportion of the total 2,6S-A2 glycans calculated from each peak area) and are shown in Figure 6a and Table 7. These glycan patterns were presented on nanoparticles (100 μL, 1 μM/MilliQ: PC-SH/AOHEG-SH=40/1) according to the steps of Example 1 (2-3), and a total of five types of glycan pattern-presenting nanoparticles (GNSs) were prepared. Nanoparticles presenting artificial glycan patterns were prepared by mixing two types of glycans (patterns).
本発明はがん細胞由来の糖鎖提示粒子を構築でき、この粒子は、がんの予防や治療に有用である。 The present invention makes it possible to construct glycan-presenting particles derived from cancer cells, which are useful for the prevention and treatment of cancer.
Claims (19)
(1)糖鎖提示粒子の平均粒子径は10~100nmの範囲であり、
(2)ナノ粒子の表面の少なくとも一部はリン脂質で被覆されており、
(3)ナノ粒子表面に有する糖鎖は、がん細胞由来の糖鎖パターン、またはこの糖鎖のプロファイルに基づいて決定された糖鎖パターン(以下、がん糖鎖パターンと呼ぶ)であり、
がん糖鎖パターンは、
(1)糖鎖の50%~95%が末端ハイマンノース型糖鎖であり、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満である、がん糖鎖パターンA、
(2)糖鎖の末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であり、かつ末端ガラクトース型糖鎖及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖をさらに含む、がん糖鎖パターンB、
(3)糖鎖の5~60%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多い、がん糖鎖パターンC、
(4)糖鎖の5~60%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い、がん糖鎖パターンDからなる群から選択される糖鎖パターンである、糖鎖提示粒子。 A glycan-presenting particle which is a nanoparticle having a glycan on the surface thereof,
(1) the average particle size of the glycan-presenting particle is in the range of 10 to 100 nm;
(2) At least a portion of the surface of the nanoparticle is covered with a phospholipid;
(3) the glycan on the nanoparticle surface is a glycan pattern derived from a cancer cell or a glycan pattern determined based on the profile of this glycan (hereinafter referred to as a cancer glycan pattern);
Cancer glycan patterns are
(1) Cancer glycan pattern A, in which 50% to 95% of the glycans are terminal high mannose type glycans and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%;
(2) Cancer glycan pattern B, in which terminal high mannose-type glycans are less than 45%, terminal sialic acid-type glycans are 0% or more and less than 2%, and further contains terminal galactose-type glycans and terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
(3) Cancer glycan pattern C, in which 5-60% of the glycans are terminal sialic acid glycans and the content of terminal α2,6 sialic acid glycans is higher than the content of terminal α2,3 sialic acid glycans;
(4) A glycan-presenting particle having a glycan pattern selected from the group consisting of cancer glycan pattern D, in which 5-60% of the glycans are terminal sialic acid type glycans and the content of terminal α2,3 sialic acid type glycans is higher than the content of terminal α2,6 sialic acid type glycans.
がん糖鎖パターンBは、体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンであり、
がん糖鎖パターンCは、体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンであり、
がん糖鎖パターンDは、体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンである請求項1に記載の糖鎖提示粒子。 Cancer glycan pattern A is a glycan pattern whose pharmacokinetics mainly depends on terminal high mannose type glycans,
Cancer glycan pattern B is a glycan pattern whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal galactose-type glycans or terminal N-acetylglucosamine-type glycans.
Cancer glycan pattern C is a glycan pattern whose pharmacokinetics are mainly dependent on terminal α2,6 sialic acid type glycans;
The sugar chain-presenting particle according to claim 1, wherein the cancer sugar chain pattern D is a sugar chain pattern whose pharmacokinetics mainly depends on terminal α2,3 sialic acid type sugar chains.
前記糖鎖を固定化したアルカンチオールのスルフィド結合体が、下記一般式(B)で示される、請求項3に記載の糖鎖提示粒子。
The sugar chain-presenting particle according to claim 3 , wherein the sulfide bond of alkanethiol to which the sugar chain is immobilized is represented by the following general formula (B):
糖鎖パターンの決定は、プロファイルした糖鎖が、
(1)糖鎖の50%~95%が末端ハイマンノース型糖鎖であり、末端シアル酸型糖鎖は0%以上、2%未満である、がん糖鎖パターンA、
(2)糖鎖の末端ハイマンノース型糖鎖が45%未満であり、かつ末端シアル酸型糖鎖が0%以上、2%未満であり、かつ末端ガラクトース型糖鎖及び末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖をさらに含む、がん糖鎖パターンB、
(3)糖鎖の5~60%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量より多い、がん糖鎖パターンC、
(4)糖鎖の5~60%が末端シアル酸型糖鎖であり、かつ末端α2,3シアル酸型糖鎖の含有量が末端α2,6シアル酸型糖鎖の含有量より多い、がん糖鎖パターンDからなる群から選択される糖鎖パターンであるかを特定することで行う、
がん細胞の糖鎖パターン決定方法。 The method includes profiling glycans of cancer cells collected from a subject, and determining a glycan pattern based on the profiled glycans;
The determination of the glycan pattern is carried out by determining whether the profiled glycans are
(1) Cancer glycan pattern A, in which 50% to 95% of the glycans are terminal high mannose type glycans and terminal sialic acid type glycans are 0% or more and less than 2%;
(2) Cancer glycan pattern B, in which terminal high mannose-type glycans are less than 45% and terminal sialic acid-type glycans are 0% or more and less than 2%, and further contains terminal galactose-type glycans and terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
(3) Cancer glycan pattern C, in which 5-60% of the glycans are terminal sialic acid glycans and the content of terminal α2,6 sialic acid glycans is higher than the content of terminal α2,3 sialic acid glycans;
(4) by identifying whether the glycan pattern is selected from the group consisting of cancer glycan pattern D, in which 5-60% of the glycans are terminal sialic acid type glycans and the content of terminal α2,3 sialic acid type glycans is higher than the content of terminal α2,6 sialic acid type glycans;
A method for determining the glycan pattern of cancer cells.
糖鎖パターンBは、体内動態が主に末端ガラクトース型糖鎖又は末端N-アセチルグルコサミン型糖鎖に依存する糖鎖パターンであり、
糖鎖パターンCは、体内動態が主に末端α2,6シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンであり、
糖鎖パターンDは、体内動態が主に末端α2,3シアル酸型糖鎖に依存する糖鎖パターンである、請求項12に記載の決定方法。 Glycosylation pattern A is a glycan pattern whose pharmacokinetics mainly depends on terminal high mannose type glycans;
Glycosylation pattern B is a glycan pattern whose pharmacokinetics mainly depends on terminal galactose-type glycans or terminal N-acetylglucosamine-type glycans;
Glycosylation pattern C is a glycan pattern whose pharmacokinetics mainly depends on terminal α2,6 sialic acid type glycans;
The method for determining sugar chain pattern D according to claim 12, wherein the pharmacokinetics of sugar chain pattern D is mainly dependent on terminal α2,3 sialic acid type sugar chains.
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンBの場合、被検者が有するがん細胞は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、肝臓や脾臓へ集積されるタイプ2の体内動態を示し、がん細胞が肝臓及び脾臓への転移傾向があることを示唆し、
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンCの場合、被検者が有するがん細胞は、腋窩や鎖骨上リンパ節へ集積されるタイプ3の体内動態を示し、がん細胞が腋窩及び鎖骨上リンパ節への転移傾向があることを示唆し、
糖鎖プロファイルが糖鎖パターンDの場合、被検者が有するがん細胞は、糖鎖を有さない糖鎖提示粒子と比べて、肺、肝臓、脾臓、脳、腎臓の臓器へ分布されるタイプ4の体内動態を示し、がん細胞が肺、肝臓、脾臓、脳及び腎臓への転移傾向があることを示唆する、請求項12又は13に記載の決定方法。 When the glycan profile of cancer cells is glycan pattern A, the cancer cells of the subject exhibit type 1 pharmacokinetics in which excretion of particles from the body is promoted compared to glycan-presenting particles that do not have glycans, suggesting that the cancer cells have a low tendency to metastasize;
When the glycan profile is glycan pattern B, the cancer cells present in the subject exhibit type 2 pharmacokinetics, which accumulates in the liver and spleen, compared with glycan-presenting particles not having glycans, suggesting that the cancer cells have a tendency to metastasize to the liver and spleen;
When the glycan profile is glycan pattern C, the cancer cells of the subject show type 3 pharmacokinetics, which are accumulated in the axillary and supraclavicular lymph nodes, suggesting that the cancer cells have a tendency to metastasize to the axillary and supraclavicular lymph nodes;
The method of claim 12 or 13, wherein when the glycan profile is glycan pattern D, the cancer cells present in the subject exhibit type 4 pharmacokinetics distributed to the organs of the lungs, liver, spleen, brain, and kidneys compared to glycan-presenting particles not having glycans, suggesting that the cancer cells have a tendency to metastasize to the lungs, liver, spleen, brain, and kidneys.
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