Brevet FR2613936A1 — publié le 19881021

La présente invention concerne la purification des facteurs de croissance par chromatographie d'affinité sur des résines porteuses de groupes capables de leur conférer une affinite sélective vis-à-vis de ces facteurs de croissance. Dans la littérature, on a décrit des activités facteurs de croissance qui se définissent comme des extraits contenant des composés capables d'agir sur la migration et la prolifération cellulaires, notamment en jouant un rôle important dans la néovascularisation des tissus sains ou pathologiques. Ces activités facteurs de croissance sont obtenues à partir d'un grand nombre de tissus, notamment à partir de l'hypophyse, du cerveau, de l'hypothalamus, de la rétine et de différents tissus oculaires, du cartilage et des chondrosarcomes, et, également, du rein, du foie, du placenta, du corpus lutéum, des muscles, etc. Il ressort de nombreux travaux de recherche que, parmi ces facteurs, ceux qui peuvent être purifiés par chromatographie d'affinité sur Heparin Sepharose, appartiennent à deux groupes ayant ces activités. Ces protéines ont été séparées et caractérisées et leur structure primaire a été élucidée. Le premier groupe de ces protéines a été décrit sous les noms de FGF (ou basic FGF), AGF2 (astroglial growth factor), EDGFI, j-HBGF (bêta heparin binding growth factor) BDGF1 (bain derived growth factor); quant au deuxième, il a été décrit sous les noms de ECGF, acidic FGF, AGF1, EDGFII, RDGF ( une masse moléculaire comprise entre 16000 et 19000 daltons. A titre de référence bibliographique concernant ces facteurs de croissance, on citera R. R. LOBB et al, "Analytical Biochemistry 154, 114 (1986)" ainsi que J. Courty et al, dans "Biochem Biophys. Res. Commun., 136, 102-108 Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus, les facteurs de croissance de type FGF sont purifiés par chromatographie d'affinité sur des résines à base de polysaccharides sur lesquels est fixée de l'héparine. A titre d'exemple de résines de ce type, on peut mentionner celle qui est commercialisée sous la dénomination "Heparin Sepharose" par la Société "PHARXACIA". Sur cette résine, les facteurs aFGF sont élués avec un tampon pH neutre, d'une force ionique équivalente à celle d'une solution de NaCl voisine de 1M, et les facteurs bFGF sont élues avec un tampon pH neutre, d'une force ionique équivalente à celle d'une solution de NaCl comprise entre 1,5 et 2,0O. Ainsi, après mise en contact avec la resine "Heparin Sepharose" de l'extrait brut contenant les facteurs de croissance, l'élution de ceux-ci est réalisée avec un gradient de chlorure de sodium par exemple. Le support chromatographique précité, à base d'héparine, est un gel qui ne permet qu'une utilisation en basse pression, ce qui limite considérablement son emploi à l'échelle industrielle. De plus, l'héparine étant un polysaccharide très hétérogène (soit un mélange de glycosaminoglycanes extraits de l'intestin de porc et présentant une large distribution de poids moléculaires), les purifications chromatographiques utilisant la résine "'Heparin Sepharose" ne sont pas toujours reproductibles et dépendent du lot d'héparine qui a été couplé sur la résine de base. Pour pallier ces inconvénients, on a recherché, pour cette application, des supports totalement synthétiques dont les propriétés biologiques sont analogues à celles de l'héparine, qui possèdent de bonnes propriétés mécaniques pour permettre la purification de ces facteurs de croissance en haute pression, et qui peuvent résister aux contraintes chimiques imposées par leur régénération après utilisation en chromatographie. On a alors découvert une famille de polymères fonctionnels bien définis qui répond au problème posé et qui peut ainsi remplacer avantageusement la résine "Heparin Sepharose" pour la purification de facteurs de croissance de type FGF par chromatographie liquide. Ces résines sont constituées par des polymères ou copolyméres sur lesquels sont fixés, de façon statistique, des groupements -SO H et -SO M (o x représente un métal 3 3 physiologiquement acceptable), ainsi que, de préférence, également des groupes de formule -S 02R (o R représente un radical obtenu par enlèvement d'un atome d'hydrogène sur la fonction amine d'un acide aminé ou d'un dérivé d'acide aminé). La présente invention porte donc d'abord sur l'utilisation de cette famille de résines comme phase stationnaire en chromatographie d'affinité pour la purification des facteurs de croissance. Les polymères de base utilisés sont choisis notamment parmi le polystyrène, les polyesters cellu- losiques, les polyéthers cellulosiques, le poly vinyle, d'isoprène et de butadiène. On peut mentionner le polystyrène comme polymère particulièrement intéressant. Par ailleurs, les polymères ou copolymères utilisés sont avantageusement des produits réticulés. Il n'y a pas de limitation particulière en ce qui concerne les acides aminés, en particulier a-aminés, et leurs dérivés, devant conduire au radical R précité. On pourra mentionner, à titre d'exemples, notamment l'alanine, la phénylalanine, les diacides aspartique et glutamique, la méthionine, la thréonine, la proline, l'hydroxyproline, la sérine et la lysine. Les résines qui sont utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention sont déjà connues; elles ont notamment été décrites dans le brevet français n 2 461 724. Leur procédé de préparation comprend une première étape consistant à faire réagir de l'acide chlorosulfonique sur le polymère choisi, dans un solvant approprié, de façon & obtenir un polymère chlorosulfoné (c'est-à-dire portant des groupes -SO2Cl), et une deuxième étape consistant soit à hydrolyser ledit polymère chlorosulfoné avec une base MOH pour transformer les groupes -SO2Cl en groupes -SO3M, soit à faire réagir ledit polymère chlorosulfoné avec l'acide aminé choisi, dans le milieu basique MOH, pour transformer les groupes -SO2Cl en groupes -SOsN et en groupes -SO2R. 2 engope 3S 2 t La présente invention porte également sur un procédé d'obtention d'un facteur de croissance aFGF ou bFGF purifié, ou d'un mélange de ces facteurs de croissance, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer une chromatographie d'affinité, sur une résine telle que définie ci-dessus, en réalisant une élution avec un tampon pH neutre d'une force ionique équivalente à celle d'une solution de NaCl 0,15M à 2,5x. Pour illustrer davantage l'objet de la présente invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation. En premier lieu, on décrira la préparation des différentes résines modifiées utilisées. Le polymère de départ était un polystyrène consistant en un copolymére de styrène et de divinylbenzène (98/2 en poids), commercialié par BIORAD. Il se présentait sous forme de billes d'un diamètre compris entre 40 et 80 um environ. Le produit commercial a été lavé successivement avec une solution 1X de NaOH, de l'eau, une solution 1X de HCl et de l'eau. Il a été séché sous vide à 60 C. Les acides aminés utilisés étaient des réactifs "FLUKA PURISS". A) - Préparation du PS-SO3Na On laisse gonfler une nuit, à la température ambiante, 25 g de polystyrène dans 200 ml de dichloro- méthane. On ajoute alors un mélange de 160 ml de chlorure de méthylène et de 140 ml d'acide chlorosulfonique. La suspension est agitée pendant 4 heures, à 40'C. La résine brute est alors filtrée, lavée avec précaution avec du chlorure de méthylène et de l'acétone. Elle est-finalement séchée sous vide à 50'C. Le taux de groupes chlorosulfonyle est déterminé de la façon suivante: 200 mg de polystyrène chlorosulfoné sont hydrolysés avec 50 ml d'une solution 1X de NaOH pendant 24 heures au reflux. Après acidification, les ions Cl sont titrés par une solution 0,1M de AgNO3 en utilisant une électrode indicatrice d'argent. - Le polystyrène sulfoné est hydrolysé quantitativement par la soude 2M à la température ambiante. On filtre, on lave à l'eau et on sèche sous vide. B) Préparation du PS-SO 2R On utilise une quantité de l'acide aminé choisi correspondant à deux moles par groupe chlorosulfoné. On dissout l'acide aminé dans 125 ml du mélange 3:2 eau- dioxanne, par addition du minimum de soude 4M. Le pH est mesuré et on ajoute alors 10 g du polystyrène chlorosulfoné tel qu'obtenu ci-dessus (43 méq-SO2Cl). Le pH est ensuite maintenu à sa valeur initiale par addition de soude 0,5x. La réaction est arrêtée quand le pH reste stable. Le polymère est alors filtré, lavé abondamment avec de l'eau, -2 puis avec de la soude 10 2 et de l'eau. Il est enfin séché sous vide. Les conditions de synthèse des résines utilisées pour la mise en oeuvre des exemples de l'invention sont résumées dans le Tableau I ci-après. TABLEAU I Acide Poids de Temps de NaOH 2M NaOH 0,SM Résine modifiée aminé l'acide réaction initial pH apparen aminé (g) (an) (ml) (mil) PSAla Alanine 7,5 47 54 ll PSPhé Phényl- alanine 13,9 37 50 33,5 ll,6 PS61u Acide glutamique 12,4 67 86 21 ll,1 PSAsp Acide aspartique 11,2 100 91,5 25,5 11,1 PSMéth Méthionine 12,56 16 53 20 11,2 PSThréo Thréonine 9,3 36 45 27 11,5 PSSer Sérine 8,4 58 46 32 11,6 PSPro Proline 9,2 14 41 35,5 11,5 -- -----.--................-- ----- ------ --..... -.....-.......-... Poids PS SO 2C1 = 10 g, sauf dans le cas de la préparation de PSThréo o ce poids est de 9,3 g Dans certains cas, notamment si l'on utilise l'acide aspartique, il est préférable de fixer, sur le polyester, le diméthylester de l'acide correspondant, en faisant suivre par une hydrolyse basique. La fixation de l'ester se fait en milieu dichlorure de méthylène en présence de triéthylamine (Et3N). Les conditions opératoires sont résumées dans le Tableau II- TABLEAU II Résine modifiée par l'ester Temps de réaction diméthylique de l'acide (h) aspartique - - __ _ _ _ __ -- - - - - - - _____ _________ PSAsp(OM) 2-a 84 PSAsp(OX) 2-b 15 PSAsp(O) 2-c 6 Poids PSS 02C1: 7 g Poids de l'ester diméthylique de l'acide aspartique: 9 g Volume CH2Cl2: 250 ml Volume Et3N: 10,3 ml Temps d'hydrolyse: 24 h Température d'hydrolyse: 40 C Les compositions chimiques de ces polymères sont récapitulées dans le Tableau III suivant: TABLEAU III Résines Dosage acidi- Dosage par % Motifs % Xotifs modifiées métrique microanalyse d'acide de SO3 (méq/g) (méq/g aminé PSAla 3,1 1,5 30,7.46,6 PSPhé 0,60 0,76 15,2 62,2 PSGlu 0,11 0,14 2,8 74,6 PSAsp 0,35 0,34 7 70,4 PSXéth 0,51 0,68 13,5 63,9 PSThréo 0,57 0,86 16 61,4 PSSer 0,94 0,76 14,3 65,7 PSPro 0,95 1,03 20,9 59,1 PSAsp(OX)2-a 2,42 74,3 11,7 PSAsp(OX) 2-b 2,57 73,8 15,2 PSAsp(OX)2-c 2,35 2,43 73 16 Dans ce qui suit, on décrira, à titre illustratif, l'obtention de l'extrait acido-soluble de cerveau contenant les facteurs de croissance aFGF et bFGF selon la technique décrite dans la demande de brevet français n 86 09476 Toutes les opérations ont lieu à 4'C. 4 kg de tissus sont homogénéisés à l'aide d'un broyeur Turax dans l litre de tampon PBS. Les débris cellulaires sont éliminés par centrifugation à 10000 g, pendant 45 mn (Rotor Benckmann JA 10). Le surnageant, appelé extrait brut, est aJusté à une concentration de 20% (NH4)2 SO4 et centrifugé pendant minutes à 10000 g. Le deuxième surnageant est passé sur laine de verre, afin d'éliminer les traces de lipides, puis ajusté à une concentration de 60% (NH4)2SO4 et centrifugé à à 10000 g pendant 45 minutes. Le précipité obtenu est redissous dans un volume minimum de PBS (environ 400 ml) et la solution est ajustée à pH 3, 2 avec de l'acide acétique glacial, puis immédiatement centrifugée pendant 30 minutes à 10000g. Le surnageant est réajusté & pH 7 avec de la soude concentrée et dialysée extensivement contre du PBS. La solution est ensuite centrifugée pendant 30 minutes à 20000 g (rotor Benckmann JA20), afin d'éliminer toute trace de précipité. Ce dernier surnageant est appelé extrait acido-soluble. On a ensuite réalisé différentes chromatographies d'affinité sur les résines conformes à l'invention, telles que préparées ci-dessus. Pour faciliter le suivi de la purification, une petite quantité de aFGF fractions en sortie de colonne. Il a été vérifié au préalable que les facteurs aFGF et bFGF* se comportent comme leurs homologues natifs en chromatographie d'affinité. Ces expériences ont été faites sur la résines classique "Heparin Sepharose". Le premier type d'expérience a consisté à suivre la radioactivité éluée à partir de mélanges composés d'extrait acido-soluble et de aFGF ou bFGF. Le deuxième type d'expérience a consisté à suivre la purification des aFGF et bFGF à partir de l'extrait acido-soluble en mesurant l'activité biologique des fractions éluées, en l'absence de facteur marqué à l'iode radioactif. Les tests biologiques utilisés ont consisté à révéler la présence du facteur de croissance en étudiant la prolifération, par incorporation de thymidine tritiée, de cellules cibles induites par les fractions chromatographiques. Comme le montre la figure 1, qui donne le chromatogramme des aFGF et bFGF à partir de l'extrait acido-soluble avec utilisation d'un gradient de NaCl de 150 ml, les fractions riches en radioactivité contiennent l'activité biologique. Il en résulte que les facteurs aFGF et bFGF constituent de bons traceurs des deux activités biologiques l'activité biologique des fractions étudiées On décrira maintenant les tests chromatographiques qui ont été effectués. 1 g de résine de l'invention est mis à gonfler pendant 15 mn dans 10 ml de tampon PBS et coulé en colonne IBF 11 , à raison de 0,5 ml/mn. 1 ml de l'extrait acido-soluble de cerveau qui contient 4 mg de protéines, soit 4 mg par g de résine, est déposé sur la colonne. Les protéines retenues sont éluées successivement avec des solutions de PBS. I - Tests réalisés par paliers de force ionique: Ces tests chromatographiques ont été réalisés sur les résines PSAsp et PSSer. Ils ont été effectués en faisant des élutions par paliers successifs de force ionique 0,65M, 1K, 2X NaCl. Ces tests font apparaître une rétention, puis une élution partielle du bFGF, lorsque ces deux résines sont utilisées comme gel chromatographique. C'est ce qui ressort de la figure 2 et du Tableau IV suivant TABLEAU IV Résines % bFGF non % bFGF % bFGF adsorbé retenu élué définitivement PS Asp 27 13 59 PS Ser 30 20 50 La figure 2 illustre l'élution d'un mélange bFGF t+ extrait acido-soluble, sur PSSer (-o-) ou sur PSAsp (-x--x-). Le dosage des concentrations en protéines totales (méthode de Bradford), parallèlement à la détermination de la radioactivité dans les fractions éluées, permet d'estimer un enrichissement en facteur de croissance. Cet enrichissement est compris entre 10 et 20 pour les fractions éluées avec NaCl lx ou 2x. II - Tests utilisant un gradient linéaire Dans cette série d'essais, dont les résultats sont rapportés dans le Tableau V suivant, seule l'affinité avec le facteur bFGF a été étudiée. TABLEAU V Résines % bFGF Molarité % Protéines RésinesEnrichis- non adsorbé de NaClEnrichis- adsorbé Eluton adsorbé sement adsorbéréversibleble bFGF (M) adsorbéréversiblesible Hepadsrin Heparin 30 30 29 1,5 62,5 1,5 36 20 PS Thréo 80 i0 1 1,2 90,6 0,4 9 40 PS Glu t oo d o b PSGlu 24 23 43 1,2 75,3 4,7 25 5 PS Glu (II) 36 19 41 1,1 79 0,3 21 63 PS Asp 37 13 43 80,9 0,9 18 14 PS Asp (OM)2 63 5 29 0,9 89,2 1,1 il 4,5, PS Phé 29 17 53 1,3 89,1 1,6 9 il PSSO3 20 14 62 1,7 69,8 1,8 28 8 Poids de résine par colonne1 g I, II:essais chromatographiques successifs sur une même colonne. .......DTD: PS Glu' (I)2 42343 1, 2 75,3 4,7 25 5> PS' Glu0 A partir de ce Tableau V, on constate que les capacités d'adsorption sont différentes, comparées à celles de l'Heparin Sepharose, testée à titre de comparaison. En effet, 30% du facteur bFGF sont adsorbés réversiblement sur la résine Héparin Sepharose, alors que % et 19% le sont respectivement sur les résines PS Thréo et PS Glu dans le cas de la résine PS Glu (Tableau V). Ce tableau permet aussi de constater que l'intensité des interactions mises en Jeu entre le facteur bPGF et les différentes résines demeure assez voisine, quelle que soit la résine expérimentée. En effet, la force ionique nécessaire à l'élution du facteur bFGF est comprise entre 0,9 et 1, 7 NaCl. Par ailleurs, parallèlement à l'étude de la radioactivité éluée, des tests d'activité biologique (par incorporation de thymidine tritiée) ont été effectués pour les résines Heparin Sepharose, PSGlu I, PsPhé. Les résultats sont présentés sur la Figure 3. Légende de la figure 3: Chromatographie sur Heparin Sepharose et sur. résines de l'invention d'un mélange d'extrait acido-soluble et de bFGF en utilisant un gradient d'élution de NaCl. a> Heparin Sepharose; b) PSGlu; c) PSPhé bFGF* (125 I cpm) - - -: concentration protéique : activité biologique I détectée et également les % de protéines détectées. Les trois types de courbes ont été normées. Sur ces résines, bien qu'une partie de l'activité biologique soit éluée avec la fraction de protéines non adsorbées, une partie de l'activité biologique est cependant désorbée à l'aide du gradient de NaCl et elle est éluée approximativement au même volume que la radioactivité correspondant au facteur bFGF. La molarité en NaCl néces- saire à la désorption de l'activité biologique est. de 1,6X pour l'Heparin Sépharose, de 1,2X pour les deux autres résines selon l'invention. Dans le cas de la résine PsPhé, l'activité biologique récupérée au cours du gradient est largement supérieure à celle récupérée dans les mêmes conditions sur Heparin Sepharose. III- Tests utilisant un automate. Un système de chromatographie automatisée a été mis au point permettant une bonne reproductibilité du gradient de NaCl. L'affinité du facteur bFGF et du facteur aFGF pour les résines mentionnées dans le Tablau VI a été testée dans ces conditions. La figure 4 montre que, dans le cas de la résine PSPhé, les facteurs bFGF et aFGF sont légèrement séparés. Légende de la figure 4: Chromatographie sur PSPhé de mélanges constitués d'extrait acido-soluble et soit de bFGF, soit de aFGF-, en utilisant un gradient d'élution de NaCl. - bFGF* et aFGF L'analyse des fractions 1, 2 et 3 par électro- phorèse sur gel de polyacrylamide uniquement les deux facteurs bFGF et aFGF. TABLEAU VI bFGF aFGF Résines Retenu NaCl Efficacité Retenu NaCl* Efficacité et élué E et élué M Héparin Sepharose 19 1,5 1 28 1,1 1 PS Thréo 29 1,4 0,55 2,2 0,5 0,07 PS Ala 19 1,2 0,36 3,3 1 0,12 PS Xeth 15 1,35 0,79 8,2 1 0,29 PS Phé 13 1,5 0,68 15 1,1 0,54 PSPro 10 1 0,53 1 0,8 0,04 * Concentration maximum en NaCl de l'éluant nécessaire à l'élution du facteur de croissance après la préadsorption sur la résine ** % retenu et élué sur la résine Efficacité = ----------------------- % retenu et élué sur Heparin Sepharose IV - Tests utilisant deux colonnes en série Les résultats obtenus sur les résines PSThréo, PSAla et PSMéth ainsi que PSPhé, comparés à ceux obtenus dans les mêmes conditions, sur une résine Heparin Sepharose, sont indiqués dans le Tableau VI cité ci-dessus. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un même lot d'extrait acidosoluble des facteurs de croissance, auxquels ont été aoutés, pour faciliter l'analyse, auxquels ont été ajoutés, pour faciliter l'analyse, successivement les facteurs bFGF et aFGF. Ces résultats font apparaître deux ensembles de résines, un premier ensemble qui ne retient que les facteurs bFGF (PSThréo et PSAla) et un second qui retient les deux facteurs de croissance bFGF et aFGF (PSPhé et PSXéth). Il est donc possible d'effectuer une séparation des deux facteurs purifiés en injectant l'extrait acido- soluble, ainsi que les facteurs bFGF et aFGF* sur une colonne remplie de PSPhé, puis sur une colonne remplie de PSThréo. Cette double opération permet de retenir les deux facteurs sur la première colonne à une force ionique inférieure à 0,7X NaCl et d'effectuer alors leur élution successive sur la deuxième colonne. L'élution sur la deuxième colonne PSThréo, pourra être effectuée en gradient de NaCl, depuis 0,7M NaCl jusqu'à 1,4X NaCl. Dans ces conditions, le aFGF, non retenu sur PSThréo, sera élué avant le bFGF qu'il est possible de récupérer en solution 1,4X NaCl. V - Tests obtenus en chromatographie liquide haute performance Une colonne en acier inoxydable, spécialement conçue pour travailler sous haute pression procédant à une série d'injections de l'extrait acido- soluble puis à une seule élution en gradient de concentration saline. REVENDICATIONS 1 - Application des polymères ou copolymères sur lesquels sont fixes, de façon statistique, des groupes -SO3H et -SO3M, o M représente un métal physiologiquement acceptable, comme phase stationnaire en chromatographie d'affinité pour la purification de facteurs de croissance de type FGF. 2 - Application selon la revendication 1, caractérisée par le fait que, sur les polymères et copolymères, sont également fixes, de taçon statistique, des groupes -SO2R, o R représente un radical obtenu par enlèvement d'un atome d'hydrogène sur la fonction amine d'un acide aminé ou d'un dérivé d'acide aminé. 3 - Application selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les copolymères sont choisis parmi le polystyrène, les polyesters cellulosiques, les polyéthers cellulosiques, l'acétate de polyvinyle, le chlorure de polyvinyle, le polyisoprène et le polybutadiène, et les copolymères parmi ceux obtenus à partir de styrène, d'esters cellulosiques, d'éthers cellulosiques, d'acétate de vinyle, de chlorure de vinyle, d'isoprène et de butadiène. 4 - Application selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le polymère est le polystyrène. 5 - Application selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les acides aminés sont des acides a-aminés. 6 - Application selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les acides a aminés ou leurs dérivés sont choisis dans le groupe constitué par l'alanine, la phénylalanine, les diacides aspartique et glutamique, la méthionine, la thréonine, la proline, l'hydroxyproline, la sérine et la lysine. 7 - Procédé d'obtention d'un facteur de croissance aFGF ou bFGF purifié, ou d'un mélange de ces facteurs de croissance, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer une chromatographie d'affinité, sur une résine telle que définie à l'une des revendications 1 à 6, en réalisant une élution avec un tampon pH neutre d'une force ionique équivalente à celle d'une solution de NaCl 0,15M à 2,5x.