(57)【要約】増強された粘膜浸透能力およびコロイド安定性を有するタンパク質ナノケージ製剤は、腫瘍への治療、予防または診断剤の制御された送達を提供する。自己組織化されたタンパク質ナノケージへのポリエチレングリコールなどの表面改変剤の密なコーティングは、局所投与後の粘膜組織における製剤の迅速かつ均一な分布を増強し、静脈内投与後の循環時間を増加させ、低酸素腫瘍コアへの浸透を高める。また表面改変剤の密度および分子量は、タンパク質ナノケージが腫瘍細胞受容体に結合し、腫瘍細胞による吸収後に化学療法剤を放出することを可能にするように選択される。製剤中で送達される薬剤は、担体フリーの薬剤と比較して、より良好な効力を有する。増強された粘膜浸透性およびコロイド安定性を有するタンパク質ナノケージ製剤を作製する方法も提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
腫瘍を標的とするタンパク質ナノケージであって、
組織化されてタンパク質ナノケージを形成する自己組織化タンパク質またはペプチドと、
前記タンパク質ナノケージの表面に吸着した、または前記自己組織化タンパク質またはペプチドの少なくとも一部に共有結合した表面改変剤と、
前記タンパク質ナノケージに吸着した、共有結合した、または封入された治療、予防または診断剤と
を含む、タンパク質ナノケージ。
【請求項２】
前記表面改変剤が、前記自己組織化タンパク質またはペプチドの少なくとも２５モル％に共有結合している、請求項１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項３】
前記タンパク質ナノケージが、中性またはほぼ中性のｐＨでタンパク質ナノケージに自己組織化する、２４個のフェリチン重鎖または前記フェリチン重鎖に少なくとも９０％の相同性を有するそのバリアントを含む、請求項２に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項４】
前記表面改変剤が、直鎖状および／または分岐状ポリアルキレンオキシドまたはそのコポリマーを含む、請求項１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項５】
前記表面改変剤が、３００Ｄａ〜１００，０００Ｄａの分子量を有するポリエチレングリコールまたはそのブロックコポリマーである、請求項４に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項６】
前記ポリエチレングリコールまたはそのブロックコポリマーの分子量が、約３００Ｄａ〜約５ｋＤａである、請求項５に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項７】
前記表面改変剤が、前記タンパク質ナノケージの表面積に対して、ポリアルキレンオキシド約０．１〜約０．５個／ｎｍ２の数密度でタンパク質ナノケージにコーティングされている、請求項４に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項８】
前記ポリアルキレンオキシドが、前記自己組織化タンパク質またはペプチドあたり４〜２０個のポリアルキレンオキシドの密度で自己組織化タンパク質またはペプチドに共有結合している、請求項４に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項９】
前記治療、予防または診断剤が、分解性リンカーを介して、前記タンパク質ナノケージに共有結合している、請求項１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１０】
前記分解性リンカーが、ヒドラゾンまたはｃｉｓ−アコニチル基を含む酸不安定性化合物である、請求項９に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１１】
前記治療剤が、抗増殖剤、抗血管新生剤、鎮痛剤、抗炎症薬、解熱薬、抗てんかん薬、抗精神病剤、神経保護剤、抗感染症剤、抗ヒスタミン剤、抗偏頭痛薬、抗ムスカリン薬、抗不安薬、鎮静剤、睡眠薬、抗精神病薬、気管支拡張薬、抗喘息薬、心血管薬、コルチコステロイド、ドーパミン作動薬、胃腸薬、筋弛緩剤、副交感神経作用剤、刺激剤、食欲抑制剤、免疫チェックポイント阻害剤、または抗ナルコレプシー剤を含む、請求項９に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１２】
前記治療剤が、化学療法剤、抗血管新生剤、免疫チェックポイント阻害剤、または抗増殖剤である、請求項１１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１３】
前記治療剤が、アルキル化剤、代謝拮抗剤、アントラサイクリン、植物アルカロイド、トポイソメラーゼ阻害剤、モノクローナル抗体またはその断片、およびチロシンキナーゼ阻害剤からなる群から選択される、請求項１２に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１４】
前記治療剤が、ドキソルビシン、デクスラゾキサン、ソラフェニブ、エルロチニブ塩酸塩、シスプラチン、セツキシマブ、スニチニブ、ベバシズマブ、カルボプラチン、オキサリプラチン、メクロレタミン、シクロホスファミド、クロラムブシル、ビンクリスチン、ビンブラスチン、ビノレルビン、ビンデシン、タキソール、イリノテカン、トポテカン、アムサクリン、エトポシド、リン酸エトポシド、テニポシド、エピポドフィロトキシン、トラスツズマブ、リツキシマブ、アクリフラビン、ジギトキシン、ジゴキシン、ラパマイシン、サリドマイド、トポテカン、ペンブロリズマブ、ニボルマブ、アテゾリズマブ、アベルマブ、デュルバルマブおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１５】
薬学的に許容される賦形剤を含む製剤の形態である、請求項１に記載のタンパク質ナノケージ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のタンパク質ナノケージを作製する方法であって、
複数の自己組織化タンパク質もしくはペプチドまたは組織化されたナノケージを溶液中で合わせるステップであって、前記複数の少なくとも２５％が、表面改変剤を含む、ステップと、
前記溶液中のｐＨを強酸性または塩基性に調整することまたは尿素の濃度を増加させるステップと、
前記溶液を中性またはほぼ中性のｐＨでインキュベートするか、または前記溶液から尿素を除去して、タンパク質ナノケージを形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記溶液が、治療、予防または診断剤をさらに含み、前記治療、予防または診断剤が、前記タンパク質ナノケージの形成中に封入される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のタンパク質ナノケージの有効量を投与することを含む、１つまたは複数の治療、予防または診断剤をそれを必要とする個体に投与する方法。
【請求項１９】
前記タンパク質ナノケージが、鼻腔内投与、膣投与、胃腸管への投与、眼またはその区画への投与、肺投与、直腸または結腸投与、舌下投与、頬側投与、経口投与、および眼領域への局所投与からなる群から選択される様式で粘膜組織へ投与される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記タンパク質ナノケージが、注射によって投与される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１６年９月１６日に出願された米国出願番号第６２／３９５，８５２号に基づく利益および優先権を主張しており、この米国出願は、その全体が参考として援用される。
【０００２】
連邦政府に支援された研究または開発に関する陳述
この発明は、米国国立がん研究所（National  Cancer  Institute）／がん・ナノテクノロジー・エクセレンスセンター（Centers  in  Cancer  Nanotechnology  Excellence）によって授与された助成金番号Ｕ５４ＣＡ１５１８３８、米国国立衛生研究所（National  Institutes  of  Health）／国立心肺血液研究所（National  Heart,  Lung,  and  Blood  Institute）によって授与された助成金番号Ｒ０１ＨＬ１２７４１３、ならびに米国国立衛生研究所によって授与された助成金番号Ｐ３０ＥＹ００１７６５、Ｒ０１ＨＬ１２７４１３およびＲ０１ＨＬ１３６６１７の下、政府の支援を受けてなされたものである。政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
発明の分野
本発明は、疾患を処置するためのタンパク質ベースの薬物送達システムの分野に関し、より詳細には、粘膜組織に隣接する腫瘍または粘膜組織内の腫瘍を含む腫瘍を処置するための化学療法剤のための送達システムに関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
肺がん、および粘膜表面を有する組織の他のがんは、有効な診断および処置に対して重大な難題を提示している。肺がんは、米国でおよび世界中で、がん関連死の主な原因である。肺がんの複数の種類のうち、小細胞肺がん（ＳＣＬＣ）および扁平上皮細胞肺がんは主に誘導気道に存在し、肺がんの全症例の少なくとも４５％を占める（Herbst  RSら、The  New  England  Journal  of  Medicine、３５９巻：１３６７〜１３８０頁（２００８年））。より有効ながん治療に対するバリアとしては、粘膜送達に対して粘膜を裏打ちする粘膜ゲル層による急速な粘膜毛様体クリアランス（ＭＣＣ）、全身循環における不安定性およびクリアランス、腫瘍細胞による特異的吸収の欠如、腫瘍組織内へのおよび腫瘍組織全体への不十分な浸透、ならびに健常組織に対して腫瘍を選択的に標的とできないことが含まれる（Oh  Pら、Nature  Medicine、２０巻：１０６２：１０６８頁（２０１４年））。
【０００５】
粘膜上皮を裏打ちする保護粘膜層は、ほとんどの粒状物質を捕らえる高接着性巨大分子の密なネットワークであり、ＭＣＣによる肺からのその除去を導く（Kim  Nら、J  Control  Release、Epub、２０１６年５月１６日；Suk  JSら、Advanced  Drug  Delivery  Reviews）。粘膜不活性粒子の形成は、粒子とムチン繊維との間の疎水性または静電相互作用を減少させることによって、ムチンを横切ってビヒクルを確実に送達させることを示した（Lin  Dら、Journal  of  Biomedical  Nanotechnology、９巻（１２号）：２０１７〜２３頁（２０１３年））。しかしながら、これらの粒子は、腫瘍細胞を特異的に標的とせず、腫瘍組織への浸透はかなり低い。
【０００６】
タンパク質およびポリペプチドベースのナノ構造体は、がん標的送達のための魅力的なプラットフォームを提供する。種々の腫瘍が、表面マーカー（例えば、特定の受容体およびインテグリン）を発現しており、したがってタンパク質／ペプチドをベースとする標的リガンドが、ナノ構造に腫瘍特異性を付与するために使用される。しかしながら、送達経路のバリア（例えば、粘膜、血液中の不安定性）の克服、腫瘍組織の特異的標的化、および細胞毒性剤の細胞内放出は、難題である。
【０００７】
例えば、Parkらの米国特許出願公開第２０１５／０２２４２１２号は、ナノケージを形成し、金属イオンを封入することができる古細菌由来のタンパク質を記載している。Parkらは、腫瘍細胞でアップレギュレートされた抗原に標的効果を付与するために抗体またはエピトープのコンジュゲーションを必要とする。これは、粘膜浸透を有効にするまたは送達経路のバリアを克服する任意の表面修飾を欠いている。Vannucci  Lら、International  Journal  of  Nanomedicine、７巻：１４８９〜１５０９頁（２０１２年）は、タンパク質をベースとするナノ粒子の表面にアルギニン−グリシン−アスパラギン酸（ＲＧＤ）含有腫瘍標的ペプチドを必要とし、タンパク質をその生理学的受容体からマスクするためにポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を利用する。しかしながら、そのＰＥＧ密度は、粘膜浸透能力を付与するには不十分である。ＰＥＧは、限られた量のチオール含有アミノ酸を介してナノ粒子を形成するタンパク質にコンジュゲートされ、したがってＰＥＧの表面密度が低い。結果として、ナノ粒子は、腫瘍特異性を有効にするために、腫瘍標的リガンドを必要とする。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、送達経路バリアを克服し、腫瘍組織に浸透し、腫瘍部位に広範囲の薬物を正確に細胞内送達させることを可能にする粘膜浸透性の腫瘍標的ナノ構造製剤を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、多目的の機能を有するこれらのナノ構造製剤を調製および使用する方法ならびにそれらを腫瘍の処置および診断に使用する方法を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２２４２１２号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Herbst  RSら、The  New  England  Journal  of  Medicine、３５９巻：１３６７〜１３８０頁（２００８年）
【非特許文献２】Oh  Pら、Nature  Medicine、２０巻：１０６２：１０６８頁（２０１４年）
【非特許文献３】Kim  Nら、J  Control  Release、Epub、２０１６年５月１６日
【非特許文献４】Suk  JSら、Advanced  Drug  Delivery  Reviews
【非特許文献５】Lin  Dら、Journal  of  Biomedical  Nanotechnology、９巻（１２号）：２０１７〜２３頁（２０１３年）
【非特許文献６】Vannucci  Lら、International  Journal  of  Nanomedicine、７巻：１４８９〜１５０９頁（２０１２年）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明の要旨
腫瘍組織および粘膜層の両方に浸透する治療または診断剤の送達のためのタンパク質ナノケージを開発した。タンパク質ナノケージは、がん標的化能力を有しうるタンパク質またはペプチドの組織化(assembly)から形成される。タンパク質ナノケージの表面は、好ましくはコーティングとしての表面改変剤と会合しており、ここで表面改変剤は、粘膜浸透能力を付与するために有効な密度のポリアルキレンオキシドを含むことができ、その上でタンパク質ナノケージのがん標的化特性を維持している。タンパク質ナノケージは、構造体の空洞に封入することによってまたは共有結合によって、１つまたは複数の治療、予防または診断剤をさらに組み込む。製剤は、好ましくは、食品医薬品局（Food  and  Drug  Administration）によって一般に安全であると認識される材料（「ＧＲＡＳ」）で形成され、自己組織化タンパク質は、好ましくは天然のまたは組換え的に産生された哺乳動物タンパク質である。一実施形態では、タンパク質は、天然のヒトフェリチン重鎖またはその天然分子に少なくとも８０％、８５％、または９０％の相同性を有する組換え的に産生されたタンパク質である。フェリチン重鎖タンパク質は、中性またはほぼ中性の生理学的ｐＨで、フェリチン重鎖ナノケージ（ＦＴｎ）として示される、それぞれ中空を有する略球状のナノサイズ構造に自己組織化する。ポリアルキレンオキシド、好ましくはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む表面改変剤は、自己組織化タンパク質または形成されたナノケージに結合し、体液中のナノケージのコロイド安定性を高めるコーティングを形成する。特に、選択された分子量および／または表面コーティング密度の表面改変剤でコーティングされたタンパク質ナノケージは、例えば、製剤の吸入に際し、粘膜組織を広く被覆する。好ましい実施形態では、フェリチン重鎖タンパク質は、粘膜浸透およびコロイド安定性フェリチンナノケージを形成するためにＰＥＧを使用して高密度で修飾され（例えば、フェリチン重鎖あたり４つを超えるＰＥＧ）、形成されたナノケージの表面に約１０〜約５０ＰＥＧ／１００ｎｍ２の密なＰＥＧコーティングを導く。好ましくは、表面改変剤は、タンパク質ナノケージの表面でブラシコンフォメーションを形成する。表面改変剤の分子量を注意深く選択することで、コーティングは、例えば腫瘍細胞の受容体に結合することによって、タンパク質ナノケージが腫瘍組織を標的とすることを妨げない。分子量が３００Ｄａ〜１００ｋＤａのポリアルキレンオキシドを使用して、フェリチンナノケージの粘膜浸透を可能にすることができる。好ましい実施形態では、ＰＥＧは、３００ダルトンを超えて、約５ｋＤａまたはそれ未満、例えば、より好ましくは２ｋＤａの分子量を有し、このことは、ナノケージが、がん細胞に結合し、がん細胞に選択的に吸収されるが正常細胞には吸収されないことを可能にする。
【００１３】
表面改変剤の密なコーティングを有するナノケージ製剤は、局所または全身投与後に、低酸素腫瘍コアを含む腫瘍組織に効率的に浸透することができ、例えば、ＦＴｎを含有する製剤の場合はトランスフェリン受容体１に依存的な様式で、がん細胞に選択的に侵入する。フェリチンタンパク質は、トランスフェリン受容体１（ＴｆＲ１）に対して選択的な親和性を有する。コアタンパク質の固有の機能性を損なうことが多い通常のＰＥＧ化方法（Harris  JMら、Nat  Rev  Drug  Discov、２巻：２１４〜２２１頁（２００３年））と異なり、薬物が取り込まれたＰＥＧ化タンパク質ナノケージは、がん細胞と選択的に相互作用し、がん細胞に内在化するＦＴｎの能力に影響を与えない「ハイブリッド」ストラテジーを介して形成される。一般に、ハイブリッドタンパク質ナノケージは、組織化された形態で、以下の単位：自己組織化タンパク質またはペプチド、表面改変剤とコンジュゲートされた自己組織化タンパク質またはペプチド、および治療またはイメージング剤と会合された自己組織化タンパク質またはペプチドの２つまたはそれよりも多くを含む。「ハイブリッド」ストラテジーは、強酸性または塩基性のｐＨおよび／または尿素を使用して、任意の「均一な」タンパク質ナノケージを「モノマー」単位に分解し(disassembly)、「モノマー」単位の異なる組成の混合物は、中性またはほぼ中性の媒体中および／または尿素を欠くもしくは尿素が実質的に除去された媒体中でインキュベートするときに再組織化してハイブリッドタンパク質ナノケージを形成することができる。
【００１４】
広範囲の化学療法剤または診断剤が、ペイロードの固有の特性を妨げることなく、ならびに粘膜などの送達バリアを克服し、能動的に腫瘍組織を標的としてそれに浸透し、腫瘍細胞に吸収されるときにペイロードを放出するタンパク質ナノケージの能力を妨げることなく、化学的コンジュゲーションおよび／または物理的捕捉を介して取り込ませることができる。例えば、化学療法剤は、タンパク質ナノケージの腫瘍細胞による吸収のときに開裂する酸感受性リンカーを介して、タンパク質ナノケージに共有結合することができる。これにより、がん細胞による吸収前の薬物放出が避けられる。
【００１５】
表面改変剤でコーティングされたタンパク質ナノケージは、適切なｐＨ、例えば、ｐＨ４〜ｐＨ９、好ましくはｐＨ５〜ｐＨ８、より好ましくはｐＨ６〜ｐＨ７．５の媒体中に薬学的に許容される賦形剤を含有する製剤で製剤化することができる。一部の実施形態では、表面改変剤でコーティングされたタンパク質ナノケージを含有する製剤は、尿素またはタンパク質に対する任意の他の変性分子を含まないまたは本質的に含まない。
【００１６】
タンパク質ナノケージまたはその製剤は、用量が一致する担体フリー化学療法剤と比較して、顕著に増強された抗がん効力をもたらす。例えば、吸入投与後のｉｎ  ｖｉｖｏ浸潤性肺がんにおいて、担体フリー薬物で処置された動物の生存が１８日のみであるのと比較して、処置後６０日で５０％、５５％、または６０％より多くが生存している。さらに、タンパク質ナノケージまたはその製剤は、全身投与後に、粘膜浸透増強コーティングを有さないタンパク質ナノケージによって達成されるレベルを超えて、効率的に腫瘍組織へ分配される。
【００１７】
粘膜浸透性タンパク質ナノケージを形成する方法は、異なる環境（例えば、ｐＨおよび尿素の濃度）で自己組織化、分解および再組織化することを使用する。特に、がん細胞と選択的に相互作用し、それに内在化するＦＴｎの能力に影響を与えない「ハイブリッド」ストラテジーが使用される。異なる修飾（例えば、表面改変剤との会合、治療剤との会合、またはイメージング剤で標識）を有するタンパク質またはペプチド分子は、ハイブリッドナノケージへ処理するために、ユーザーが選択した比率で混合することができる。複数の自己組織化タンパク質またはその組織化されたナノケージ（その複数のうちの少なくとも２５％、３０％、４０％または５０％が粘膜浸透増強材料を含有している）が、溶液中で混合される。ｐＨを強酸性（例えば、ｐＨ２）もしくは塩基性に調整することおよび／または尿素を添加することにより、存在するタンパク質ナノケージが分解する。さらに、溶液のｐＨを中性またはほぼ中性のｐＨに調整することおよび／または尿素を除去することにより、ハイブリッド粘膜浸透性タンパク質ナノケージの形成が支持され、ここで各ナノケージは、以下の自己組織化単位：フェリチンタンパク質または少なくとも８０％の相同性を有するそのアナログ、表面改変剤とコンジュゲートしているフェリチンタンパク質またはそのアナログ、治療またはイメージング剤と会合しているフェリチンタンパク質またはそのアナログの２つまたはそれよりも多くを含む。
【００１８】
一部の実施形態では、組み込まれたまたは化学的に連結された１つまたは複数の治療剤を有するタンパク質ナノケージは、腫瘍を有する患者のための独立型療法として使用される。他の実施形態では、適切な製剤中のタンパク質ナノケージは、全身化学療法または免疫療法と組み合わせた補助療法として使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ−１Ｄ】図１Ａ〜１Ｄは、フェリチンナノケージ（ＦＴｎ）の組織化、分解、および再組織化プロセス、ならびに表面修飾ハイブリッドＦＴｎを示す。図１Ａは、低ｐＨで分解し、中性ｐＨで再組織化するＦＴｎの概略図である。図１Ｂは、サイズ排除クロマトグラフィーでの保持時間（分）に対するｐＨ７．４でのＦＴｎとｐＨ２．０でのＦＴｎの２８０ｎｍの吸光度を示す線グラフである。図１Ｃは、Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ（登録商標）４８８（ＡＦ４８８）−コンジュゲートＦＴｎ（ＦＴｎ−ＡＦ４８８）およびポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）−コンジュゲートＦＴｎ（ＦＴｎ−ＰＥＧ）と製剤化されたハイブリッドＦＴｎのｐＨを制御することによる組織化の概略図である。図１Ｄは、非修飾ＦＴｎ、ＡＦ４８８−ＦＴｎおよびＰＥＧ（２ｋＤａ）−ＦＴｎと製剤化されたハイブリッドＦＴｎの組織化の概略図である。
【００２０】
【図２Ａ−２Ｄ】図２Ａ〜２Ｄは、ＦＴｎの標的化および粘膜浸透能力に対するＰＥＧ化フェリチンタンパク質の割合（密度、％）および分子量の効果を示す。図２Ａは、様々な密度（％）の２ｋＤａのＰＥＧで形成されたＦＴｎに対するＬｅｗｉｓ肺癌（３ＬＬ）細胞によるＦＴｎの相対的吸収（％）の線グラフである。非ＰＥＧ化ＦＴｎの吸収を１００％とみなす。図２Ｂは、ＦＴｎの組成物中の２ｋＤａのＰＥＧ化フェリチンの密度（％）に対する３Ｄ腫瘍スフェロイドにおける蛍光色素Ｃｙ５標識ＦＴｎの相対的強度の棒グラフである。図２Ｃおよび２Ｄは、それぞれ、ＰＥＧ無し、２ｋＤａのＰＥＧ、５ｋＤａのＰＥＧまたは１０ｋＤａのＰＥＧ化フェリチンで製剤化されたＦＴｎによるマウス気道全体にわたって分配された上皮被覆面積（％）および全蛍光強度の棒グラフである（平均±ＳＥＭ；＊＊非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較してｐ＜０．０１）。
【００２１】
【図３Ａ−３Ｄ】図３Ａ〜３Ｄは、様々ながん細胞株のトランスフェリン受容体１（ＴｆＲ１）を介した非ＰＥＧ化またはＰＥＧ化ＦＴｎの特異的吸収を示す。図３Ａは、０、５、１０、２０、４０および８０ｎＭでのＣｙ５標識された非ＰＥＧ化ＦＴｎで処置した蛍光陽性細胞の強度に対するカウントを示すフローサイトメトリー図である。図３Ｂは、抗ＴｆＲ１  Ａｂの非存在下または存在下での３ＬＬ細胞またはＡ５４９細胞に対するＣｙ５標識ＦＴｎの結合の相対的強度を示す棒グラフである。図３Ｃは、２、５または１０ｋＤａを有する非ＰＥＧ化フェリチンまたはフェリチンＰＥＧ化で形成されたＦＴｎの相対的細胞吸収の棒グラフである。（非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較して＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１）。図３Ｄは、様々な濃度の非ＰＥＧ化ＦＴｎ（ＦＴｎ）またはＰＥＧ２ｋ化フェリチンで形成されたＦＴｎ（ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ）での３ＬＬ細胞に対するＣｙ５標識ＦＴｎの相対的結合の線グラフである。
【００２２】
【図４Ａ−４Ｅ】図４Ａ〜４Ｇは、腫瘍組織を通じたＰＥＧ化ＦＴｎの深い浸透を示す。図４Ａは、非ＰＥＧ化フェリチン、５０％ＰＥＧ２ｋ化フェリチン、５０％ＰＥＧ５ｋ化フェリチンまたは５０％ＰＥＧ１０ｋ化フェリチンで形成されたＣｙ５標識ＦＴｎによって浸透された３Ｄ構築細胞スフェロイド全体における平均Ｃｙ５蛍光シグナル強度を示すドットプロットである。（群あたりｎ≧８の細胞スフェロイド；非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較した＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１）。図４Ｂは、過剰量の非標識ＦＴｎの非存在または存在下でのＣｙ５標識ＦＴｎによって浸透された腫瘍スフェロイドにおける相対的蛍光シグナル強度の棒グラフである。図４Ｃは、抗ＴｆＲ１抗体の１０倍モル過剰の非存在または存在下でのＦＴｎまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋによって浸透された腫瘍スフェロイドにおける相対的蛍光シグナル強度のドットプロットである。図４Ｄは、腫瘍スフェロイドの中央セクションの相対的半径に対する相対蛍光強度の線グラフである。スフェロイドは、抗ＴｆＲ１抗体の非存在下または存在下でＦＴｎによって浸透された。半径＝０および１は、それぞれ、腫瘍スフェロイドの中心および縁部を示す。図４Ｅは、腫瘍スフェロイドの中央セクションの相対的半径に対する相対蛍光強度の線グラフである。スフェロイドは、抗ＴｆＲ１抗体の非存在下または存在下でＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋによって浸透された。半径＝０および１は、それぞれ、腫瘍スフェロイドの中心および縁部を示す。図４Ｆは、近位肺、遠位肺、および皮下３ＬＬベースの腫瘍組織におけるＴｆＲ−１発現の相対量の棒グラフである。図４Ｇは、近位肺、遠位肺、および同所性３ＬＬベースの肺がん組織におけるＴｆＲ−１発現の相対量の棒グラフである。
【図４Ｆ−４Ｇ】図４Ａ〜４Ｇは、腫瘍組織を通じたＰＥＧ化ＦＴｎの深い浸透を示す。図４Ａは、非ＰＥＧ化フェリチン、５０％ＰＥＧ２ｋ化フェリチン、５０％ＰＥＧ５ｋ化フェリチンまたは５０％ＰＥＧ１０ｋ化フェリチンで形成されたＣｙ５標識ＦＴｎによって浸透された３Ｄ構築細胞スフェロイド全体における平均Ｃｙ５蛍光シグナル強度を示すドットプロットである。（群あたりｎ≧８の細胞スフェロイド；非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較した＊ｐ＜０．０５、＊＊ｐ＜０．０１）。図４Ｂは、過剰量の非標識ＦＴｎの非存在または存在下でのＣｙ５標識ＦＴｎによって浸透された腫瘍スフェロイドにおける相対的蛍光シグナル強度の棒グラフである。図４Ｃは、抗ＴｆＲ１抗体の１０倍モル過剰の非存在または存在下でのＦＴｎまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋによって浸透された腫瘍スフェロイドにおける相対的蛍光シグナル強度のドットプロットである。図４Ｄは、腫瘍スフェロイドの中央セクションの相対的半径に対する相対蛍光強度の線グラフである。スフェロイドは、抗ＴｆＲ１抗体の非存在下または存在下でＦＴｎによって浸透された。半径＝０および１は、それぞれ、腫瘍スフェロイドの中心および縁部を示す。図４Ｅは、腫瘍スフェロイドの中央セクションの相対的半径に対する相対蛍光強度の線グラフである。スフェロイドは、抗ＴｆＲ１抗体の非存在下または存在下でＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋによって浸透された。半径＝０および１は、それぞれ、腫瘍スフェロイドの中心および縁部を示す。図４Ｆは、近位肺、遠位肺、および皮下３ＬＬベースの腫瘍組織におけるＴｆＲ−１発現の相対量の棒グラフである。図４Ｇは、近位肺、遠位肺、および同所性３ＬＬベースの肺がん組織におけるＴｆＲ−１発現の相対量の棒グラフである。
【００２３】
【図５Ａ−５Ｂ】図５Ａは、酸感受性リンカーを介してドキソルビシン（ＤＯＸ）にコンジュゲートされたＰＥＧ化ＦＴｎの合成の概略図である。図５Ｂは、ｐＨ７．４およびｐＨ５．０での時間（日）に対するＤＯＸコンジュゲートＰＥＧ化ＦＴｎからのＤＯＸの相対的放出（％）の線グラフである。
【００２４】
【図６Ａ−６Ｇ】図６Ａは、遊離ＤＯＸまたはＤＯＸコンジュゲート、ＰＥＧ化ＦＴｎ（ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ）とインキュベートした３ＬＬベースのスフェロイドを通じた平均蛍光強度のドットプロットである。（ＤＯＸは自己蛍光する）。図６Ｂは、遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸとインキュベートした腫瘍スフェロイドの中央セクションの相対的半径に対する相対蛍光強度の線グラフである。図６Ｃ〜６Ｅは、Ａ５４９ベースのスフェロイド（６Ｃ）、Ｈ１９７５ベースのスフェロイド（６Ｄ）、およびＨ４６０ベースのスフェロイド（６Ｅ）の、それぞれ遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸとインキュベートした後の平均蛍光強度のドットプロットである。図６Ｆは、２４時間インキュベートした後の遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの濃度（μＭ）に対する３ＬＬ細胞の相対的残存活性（％）の線グラフである。図６Ｇは、遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸで処置した後の時間（日）に対する３ＬＬベースのスフェロイドの相対平均直径（各時間点での未処置対照に対する％）の線グラフである。（ｎ≧２０個の細胞スフェロイド（±ＳＥＭ）；＊遊離ＤＯＸと比較してｐ＜０．０５）。
【００２５】
【図７Ａ−７Ｂ】図７Ａは、未処置のまたは遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの気管内投与により処置したマウスにおける３ＬＬ−ルシフェラーゼベースの同所性近位肺がんの、時間（日）に対する生物発光シグナル強度のドットプロットである。図７Ｂは、未処置のまたは遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの気管内投与により処置した３ＬＬベースの同所性近位肺がんを有するマウスについてのカプラン−マイヤー生存曲線（生存パーセンテージ％、時間（日）に対する）を示す線グラフである。
【００２６】
【図８】図８は、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、非ＰＥＧ化ＦＴｎ、または２、５もしくは１０ｋＤａのＰＥＧ  ＭＷを有する７５％ＰＥＧ化フェリチンタンパク質で製剤化したＰＥＧ化ＦＴｎの静脈内投与１８時間後のマウスにおける皮下（脇腹）腫瘍の相対的生物発光シグナルを示す棒グラフである。
【００２７】
【図９】図９は、ｐＨ５．０媒体中における、時間（時間）に対する７５％ＰＥＧ化ＦＴｎおよび２５％非ＰＥＧ化ＦＴｎから再組織化されたアクリフラビンを取り込んだＰＥＧ化ＦＴｎ（ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦと表記）からのアクリフラビン放出パーセンテージ（％）を、ｐＨ７．４媒体中での放出と比較して示す線グラフである。
【００２８】
【図１０】図１０は、３ＬＬ皮下腫瘍モデルを有する動物の処置後時間（日）に対する腫瘍体積（ｍｍ３）を示す線グラフである。動物に、尾静脈注射を介して、（１）ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦ、（２）ＡＦ、または（３）生理食塩水を、０、２、４、６，および８日目に投与した。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
発明の詳細な説明
Ｉ．定義
「自己組織化」という用語は、適切な環境下で自発的に組織化(assemble)または構築されて(organize)、多量体または高次構造を形成する分子の能力を指す。
【００３０】
用語「ナノケージ」は、中空を有するナノ粒子または中空ナノ粒子を指す。
【００３１】
本明細書で使用されるとき、用語「活性薬剤」または「生物学的に活性な薬剤」は、予防的、治療的または診断的でありうる所望の薬理学的および／または生理学的効果を誘発する化学的または生物学的化合物を指すために本明細書において互換的に使用される。またこの用語は、塩、エステル、アミド、プロドラッグ、活性代謝物およびアナログを含むがこれらに限定されない、活性薬剤の薬学的に許容される薬理学的に活性な誘導体を包含する。
【００３２】
「治療剤」という用語は、疾患または障害の１つまたは複数の症状を予防または処置するために投与することができる薬剤を指す。
【００３３】
「診断剤」という用語は、本明細書で使用されるとき、同定またはイメージングの目的のために投与することができる薬剤を一般的に指す。
【００３４】
「予防剤」という用語は、本明細書で使用されるとき、疾患を予防するためにまたは妊娠などの特定の状態を予防するために投与することができる薬剤を一般的に指す。
【００３５】
「薬学的に許容される」という表現は、健全な医学的判断の範囲内で、過度の毒性、刺激、アレルギー反応または他の問題もしくは合併症がなく、合理的なベネフィット／リスク比に見合う、ヒトおよび動物の組織と接触させて使用するために適した、化合物、賦形剤、製剤、または薬剤を指す。「薬学的に許容される担体」という表現は、１つの器官または身体の一部から、別の器官または身体の一部へ、任意の主題組成物を運ぶまたは輸送することに関与する、薬学的に許容される材料、組成物またはビヒクル、例えば、液体または固体の充填剤、希釈剤、溶媒または封入材料を指す。各担体は、主題組成物の他の成分に適合性であり、かつ患者に有害でないという意味において「許容される」ものでなければならない。
【００３６】
「治療有効量」という表現は、任意の医学的処置に適用可能な合理的なベネフィット／リスク比で、ある所望の効果を生じる治療剤の量を指す。有効量は、処置される疾患もしくは状態、投与される特定の標的化構築物、対象の大きさ、または疾患もしくは状態の重症度などの要因に依存して変化しうる。当業者は、過度の実験を必要とすることなく、特定の化合物の有効量を経験的に決定することができる。予防剤は、障害、疾患または状態を予防することができる薬剤を指す。例としては、感染を予防するワクチンおよび妊娠を予防する避妊薬が含まれる。
【００３７】
用語「処置すること」は、疾患、障害または状態の１つまたは複数の症状を予防または軽減することを指す。疾患または状態を処置することは、根底にある病態生理に影響を与えていない場合でも、特定の疾患または状態の少なくとも１つの症状を緩和することが含まれ、例えば、鎮痛剤の投与によって対象の痛みを処置することは、そのような薬剤が痛みの原因を処置するものでない場合であっても含まれる。
【００３８】
本明細書で使用される「生体適合性」という用語は、一般的に、その任意の代謝産物または分解生成物とともに、レシピエントに対して一般に非毒性であり、レシピエントに対して何ら重大な有害作用を生じない、材料を指す。一般的に、生体適合性材料は、患者に投与したときに重大な炎症または免疫応答を誘発しない材料である。
【００３９】
「生分解性」という用語は、本明細書で使用されるとき、対象によって代謝、除去、または排泄が可能な、より小さな単位または化学種に、生理学的条件下で分解または崩壊する材料を一般的に指す。分解時間は、組成および形態の関数である。分解時間は、数時間から数年に及ぶ場合がある。
【００４０】
「外部刺激」という用語は、本明細書で使用されるとき、本来的でない、物理的、化学的、生物学的、機械的および照射刺激などの特定の機能的反応を想起させる。
【００４１】
「生理学的」は、本明細書で使用されるとき、生きている脊椎動物で見出される状態を指す。特に生理学的条件は、ヒト体内の条件、例えば温度、ｐＨ、水性媒体などを指す。「生理学的温度」は、本明細書で使用されるとき、３５℃〜４２℃の温度範囲、好ましくはおよそ３７℃を指す。
【００４２】
ＩＩ．腫瘍特異性を有する粘膜浸透性タンパク質ナノケージ
Ａ．特異性および組織化モジュールを有するタンパク質
フェリチンファミリータンパク質は、タンパク質をベースとするナノ構造の腫瘍標的基礎として製剤中で使用することができる。それらは、急速に分裂する腫瘍細胞で高度に発現しているトランスフェリン受容体１（ＴｆＲ１）などの腫瘍細胞の表面上のマーカーに対して固有で選択的な親和性を有する（Li  Lら、Proc  Nat  Acad  Sci、１０７巻：３５０５〜３５１０頁（２０１０年）；Fan  Kら、Nature  Nanotechnology、７巻：４５９〜４６４頁（２０１２年）；Kukulj  Sら、Med  Oncol、２７巻：２６８〜２７７頁（２０１０年））。フェリチンは、原核生物および真核生物の両方における主要な鉄輸送および貯蔵タンパク質である。２４個のサブユニットで構成され、それぞれフェリチン重鎖および軽鎖からなる。サブユニットは、治療および／または診断剤を収容することができる内部空洞を有するケージ様構造に自己組織化する。フェリチンファミリーのメンバーは、ほぼ球状の中空構造を持つケージアーキテクチャに自己組織化することができる。マキシフェリチンは、２４個のモノマーで構成される八面体対称性を持つ中空球を形成する。ミニフェリチンは１２個のモノマーで構成される四面体対称性の中空組織体である。マキシフェリチンは、中空（内径約８０Å）を持つ大きな球状ケージ（外径約１２０Å）に組織化する２４個の同一または相同のサブユニット（約２０ｋＤａ）から構成されている。フェリチンナノケージの大きさは、間質組織（Barua  Sら、Nano  Today、９巻：２２３〜２４３頁（２０１４年））および難透過性の腫瘍（Cabral  Hら、Nature  nanotechnology、６巻：８１５〜８２３頁（２０１１年））を含むナノ多孔性組織バリアを通じてペイロードを容易に送達するために必要とされるより小さい。哺乳類フェリチンは、多くの場合、およそ２１およびおよそ１９ｋＤａの分子量をそれぞれ有する重鎖（Ｈ）および軽鎖（Ｌ）の２種類の類似のサブユニットで構成されている。（Zhang  YおよびOrner  BP、Int.  J.  Mol.  Sci.、１２巻：５４０６〜５４２１頁（２０１１年））。
【００４３】
ｐＨを変化させると、サブユニット間の相互作用における重要な静電力を変化させることができる。フェリチンは、生理学的ｐＨでは安定な２４マーとして存在するが、高度の酸性または塩基性溶液中では分解する。中性溶液に戻ると、自発的に再組織化する。
【００４４】
組換えヒトフェリチンタンパク質は、免疫原性のリスクがより低いために好ましい。好ましい実施形態では、タンパク質ナノケージを形成するサブユニットは、ヒト天然フェリチン重鎖の配列：
【化１】
2019533645.tif 000002
と少なくとも８０、８５、９０、９５、９９または１００パーセントの配列同一性を有する。
【００４５】
一部の実施形態では、フェリチンナノケージを形成するサブユニットは、操作されたフェリチン重鎖：
【化２】
2019533645.tif 000003
と、配列同一性において、少なくとも８０、８５、９０、９５、９９または１００パーセントの類似性を有する。ＰＥＧ化および／または蛍光色素コンジュゲーションのための第一級アミン（−ＮＨ２）を含有させたアミノ酸に下線を付している。ＦＴｎの各サブユニットは、１４個の−ＮＨ２を含む。
【００４６】
粒子状のナノ構造に組織化することができる他のタンパク質を、フェリチンの代わりに使用することができる。例えば、ニューロピリン１−結合ペプチドなどのがん細胞標的ペプチドで修飾された天然の熱ショックタンパク質（ＨＳＰ）ケージ（Murata  Mら、Mol.  Pharmaceutics、１２巻（５号）：１４２２〜１４３０頁（２０１５年））を、粘膜浸透性、腫瘍組織浸透性、およびがん細胞による吸収を有効にするように選択された密度および分子量を有する表面改変剤で修飾することができる。
【００４７】
他の例としては、コイルドコイルドメインを含む多量体形成可能なタンパク質ドメインが含まれる。コイルドコイルドメインは、ラミニンから誘導することができる。またコイルドコイルドメインは、３つ（ＴＳＰ−１およびＴＳＰ−２）または５つ（ＴＳＰ−３、ＴＳＰ−４およびＴＳＰ−５）の鎖が接続されたトロンボスポンジンから、または平行な５本鎖コイルドコイルに折り畳まれるＣＯＭＰ（ＣＯＭＰｃｃ）（Guoら、EMBO  J.、１９９８年、１７巻：５２６５〜５２７２頁）から誘導することができる（Malashkevichら、Science、２７４巻：７６１〜７６５頁（１９９６年））。これらのドメインは、腫瘍標的分子と連結または融合させることができる。さらにポリアルキレンオキシドなどの表面改変剤を、これらの多量体形成可能なドメインの一部または全てに修飾して、粘膜浸透性タンパク質をベースとする腫瘍特異性を有するナノ構造を形成することができる。
【００４８】
Ｂ．粘膜を通じた粒子拡散を増強する材料
ナノケージを形成するタンパク質には、コーティングとして、タンパク質ナノケージを含むコーティングされたナノ粒子の移動度、拡散または粘膜を通じた浸透を増強する表面改変剤または材料が結合していることが好ましい。この種の表面改変剤または材料は、粘膜浸透増強材料とも呼ばれる。これは、以下を含むがそれらに限定されない、表面に関する１つまたは複数の粒子特性を修飾する、例えば親水性を修飾する（例えば、ナノケージの親水性をより増加または減少させる）、表面電荷を修飾する（例えば、表面を約−１０ｍＶ〜約＋１０ｍＶの中性またはほぼ中性にする、またはより正もしくは負にさせる）、ならびに／または体液および／もしくは粘膜などの組織および循環中のまたはそれを通じた輸送を増強させる薬剤または材料である。一部の実施形態では、表面改変材料は、炎症の軽減などの直接的な治療効果をもたらす。
【００４９】
表面改変剤の例には、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリアルキレンならびにその誘導体（他に指定されない限り、集約的にポリアルキレンと称される）、ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）などのポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアルキレンのコポリマー（例えば、ＰＥＧのコポリマー）およびその誘導体、アルブミンのようなアニオン性タンパク質などのタンパク質、界面活性剤、ならびに糖または糖誘導体（例えば、シクロデキストリン）が含まれるが、それらに限定されない。好ましい表面改変剤は、ポリエチレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ヘパリン、およびポロキサマー（ＢＡＳＦによって市販されているＰＬＵＲＯＮＩＣＳ（登録商標）、例えば、Ｆ１２７などのポリエチレンオキシドブロックコポリマー）である。
【００５０】
特定の材料は、ＰＥＧである。代表的ＰＥＧ分子量には、３００Ｄａ、６００Ｄａ、１ｋＤａ、２ｋＤａ、３ｋＤａ、４ｋＤａ、５ｋＤａ、６ｋＤａ、８ｋＤａ、１０ｋＤａ、１５ｋＤａ、２０ｋＤａ、３０ｋＤａ、５０ｋＤａ、１００ｋＤａ、２００ｋＤａ、５００ｋＤａおよび１ＭＤａ、ならびに３００ダルトン〜１ＭＤａの範囲内の全ての値が含まれる。より好ましい実施形態では、ＰＥＧは、５ｋＤａ未満（例えば、２ｋＤａ、１ｋＤａ、６００Ｄａ、３００Ｄａ）の分子量を有する直鎖状分子である。他の実施形態では、ＰＥＧは、各分岐で、５ｋＤａ未満（例えば、２ｋＤａ）の分子量を有する分岐状分子である。任意の所与の分子量のＰＥＧは、長さ、密度、および分岐などの他の特徴を変えることができる。
【００５１】
一実施形態では、ＰＥＧなどの表面改変剤は、ナノケージを形成するタンパク質に化学的に結合しているかまたは物理的に吸着しており、またはタンパク質は、表面修飾タンパク質またはペプチドを用いて組換え的に製造される。別の実施形態では、組織化されたタンパク質ナノケージに化学的に結合しているか、物理的に吸着している。
【００５２】
タンパク質ナノケージ上のポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）などの表面改変剤の表面密度および分子量は、粘膜などの送達経路のバリアを克服すること、さらにタンパク質ナノケージと腫瘍細胞上の標的受容体との相互作用を可能にすることを含む、ｉｎ  ｖｉｖｏ適用の成功を決定する上で重要なパラメータである。タンパク質ナノケージ上のＰＥＧの密なコーティングは、粘膜成分とナノ粒子との間の大きく減少した接着相互作用のために、粘膜を通じた迅速な浸透を可能にすることができる。
【００５３】
タンパク質ナノケージは、異なる環境（例えば、ｐＨ）での自己組織化、分解および再組織化に従順であるので、異なる修飾を有するタンパク質分子の単位を、ユーザーが選択した比率で混合することができる。例えば、非ＰＥＧ化フェリチン分子は、ＰＥＧ化フェリチン分子と９：１、８：２、７：３、６：４、５：５、４：６、３：７、２：８、１：９および０：１０の比率で混合することができ、混合物のｐＨは、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％および１００％のＰＥＧ化割合で、ＰＥＧ化フェリチンナノケージの組織化のために中性またはほぼ中性のｐＨに調整することができる。また非ＰＥＧ化フェリチンナノケージおよびＰＥＧ化フェリチンナノケージを、所定の比率で中性またはほぼ中性のｐＨで混合し、混合物のｐＨをナノケージの分解およびタンパク質単位の混合のために酸性ｐＨ（例えば、ｐＨ２．０）に調整し、次いでハイブリッドフェリチンナノケージの組織化のために中性またはほぼ中性（ｐＨ７．４）に調整することができる。共有結合された薬物、蛍光色素および他の追跡用標識などの他の機能性を有するフェリチンタンパク質分子を、非修飾フェリチンおよび／またはＰＥＧ化フェリチンと混合して、ハイブリッドフェリチンナノケージを形成してもよい。
【００５４】
タンパク質ナノケージにおけるＰＥＧまたは他の表面改変剤の密度は、タンパク質ナノケージの各サブユニットにおける結合ＰＥＧまたは他の表面改変剤の数に依存する。例えば、ヒトフェリチン重鎖の配列において、第一級アミンを有する１４個のアミノ酸およびチオールを有する３個のアミノ酸が、ＰＥＧ、色素および／または薬物をコンジュゲーションするために利用可能である。アミン媒介バイオコンジュゲーション技術によって修飾されるＰＥＧの密度は、チオール媒介バイオコンジュゲーション技術によって修飾されるＰＥＧの密度よりも高い。フェリチンナノケージにおける高い表面ＰＥＧ密度のために、アミン基を介したＰＥＧ化が一般的に好ましい。フェリチンナノケージの表面にＰＥＧをコンジュゲートするためにチオール−マレイミド化学を使用することは、ＰＥＧコンジュゲーションのために利用可能なチオール基の量が限定されているために、高い表面密度を達成することができない（Vannucci  Lら、International  Journal  of  Nanomedicine、７巻：１４８９〜１５０９頁（２０１２年））。
【００５５】
様々な方法を使用して、ナノ粒子に対する表面ＰＥＧ密度を評価することができる。
【００５６】
熱重量分析（ＴＧＡ）を使用して、ＰＥＧ含量を計算することができるが、無機材料に限定され、また比較的大量の試料の使用を必要とする。
【００５７】
色素および試薬（蛍光色素など）の機能性ＰＥＧへの反応は、ＰＥＧ定量のために広く使用されている。これらの方法では、官能基（−ＳＨ、−ＮＨ２など）を有する未反応ＰＥＧ分子は、特定の試薬との反応後、蛍光アッセイまたは比色定量により定量され、表面ＰＥＧの含量は、上清中の未反応ＰＥＧ部分を差し引くことによって計算される。しかしながら、これらの方法は、表面ＰＥＧ化および官能性ＰＥＧに限定される。
【００５８】
定量的１Ｈ核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、定性的および定量的のいずれでも、ＰＥＧ含有タンパク質ナノケージの表面ＰＥＧ密度を評価するために使用することができる（ＰＥＧプロトンピーク、ブロード、典型的には約３．６５ｐｐｍで観察される）。タンパク質ナノケージがＮＭＲ溶媒Ｄ２Ｏ内で分散されるとき、表面ＰＥＧは、ＮＭＲによって直接検出することができる。ＰＥＧの濃度に対するＰＥＧのプロトンピーク強度の検量線と比較することによって、タンパク質ナノケージ上の表面ＰＥＧの量が、ＮＭＲによって決定される。
【００５９】
蛍光測定またはＮＭＲは、ＰＥＧの表面密度、つまり単位表面積あたりのＰＥＧ分子の数（個／ｎｍ２）を測定するための手段を提供する。ＰＥＧの量をタンパク質ナノケージの表面積（［４π（Ｄ／２）２］（式中、Ｄは、タンパク質ナノケージの平均直径である）で割ることにより、ＰＥＧの（面積あたりの）数密度が得られる。
【００６０】
コーティングの密度は、表面改変剤の組成および分子量ならびにタンパク質ナノケージの組成を含む様々な因子に基づいて変化させることができる。一実施形態では、１Ｈ  ＮＭＲによって測定されるＰＥＧなどの表面改変剤の密度は、１ｎｍ２あたり少なくとも０．０１、０．０２、０．０５、０．０８、０．１、０．２、０．５、０．８、１、２、５もしくは１０鎖もしくは分子、または１００ｎｍ２あたり１、２、５、８、１０、１５、２０、４０、５０もしくは１００鎖もしくは分子である。上記範囲は、１００ｎｍ２あたり１から１００単位までの全ての値を包含する。
【００６１】
特定の実施形態では、ＰＥＧなどの表面改変剤の密度は、約１０〜約７０鎖／１００ｎｍ２、約１５〜約５０鎖／１００ｎｍ２、約１５〜約４５鎖／１００ｎｍ２、約２０〜約４５鎖／１００ｎｍ２、約２５〜約４５鎖／１００ｎｍ２、または約３５〜約４５鎖／１００ｎｍ２である。またＰＥＧなどの表面改変剤の濃度を変化させてもよい。
【００６２】
一部の実施形態では、タンパク質ナノケージにおけるＰＥＧ化タンパク質サブユニットの含量は、少なくとも１０％、１２．５％、１５％、２０％、２５％、３０％、３７．５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、８７．５％、９０％、９５％または１００％である。上記範囲は、１０％から１００％までの全ての値を包含する。フェリチンナノケージにおける密なＰＥＧ化フェリチンの一般的に５０％またはそれを超える割合の閾値が、ｉｎ  ｖｉｖｏ粘膜分布および被覆ならびにコロイド安定性の増強のために必要とされる。
【００６３】
他の実施形態では、表面改変部分の質量は、タンパク質ナノケージの質量の少なくとも１／１０，０００、１／７５００、１／５０００、１／４０００、１／３４００、１／２５００、１／２０００、１／１５００、１／１０００、１／７５０、１／５００、１／２５０、１／２００、１／１５０、１／１００、１／７５、１／５０、１／２５、１／２０、１／５、１／２または９／１０である。上記範囲は、１／１０，０００から９／１０までの全ての値を包含する。
【００６４】
特定の実施形態では、表面改変材料（例えば、ＰＥＧ）の密度は、表面改変材料（例えば、ＰＥＧ）が拡張された／密なブラシ構成を採用し、タンパク質ナノケージが、約−１０ｍＶ〜約＋１０ｍＶで中性またはほぼ中性の表面電荷を有するような密度である。
【００６５】
ＰＥＧのコンフォメーションの決定をするために、非拘束ＰＥＧの全表面積被覆［Γ］の全粒子表面積［ＳＡ］に対する比率［Γ／ＳＡ］は、ＰＥＧコーティングがマッシュルーム構成であるかまたはブラシ構成であるか（それぞれ［Γ／ＳＡ］＜１または［Γ／ＳＡ］≧１）を示す（Boylan  NJら、J  Control  Release、１５７巻（１号）：７２〜７９頁（２０１２年））。非拘束ＰＥＧの全表面積被覆［Γ］は、非拘束ＰＥＧ鎖あたりの表面で占められる面積に、タンパク質ナノ構造あたりのＰＥＧ鎖の合計数を掛けることによって計算する。非拘束ＰＥＧ鎖によって占められる表面積は、ランダムウォーク統計によって計算され、球の直径（ξ）によって与えられ得る：
ξ＝０．７６ｍ１／２［Å］
式中、ｍは、ＰＥＧ鎖の分子量である。
【００６６】
ＰＥＧまたは他の表面改変剤の密なブラシコーティングは、粘膜経路を介して送達されるとき、非ＰＥＧ化または中程度にコーティングされたタンパク質ナノケージと比較して、タンパク質ナノケージによる分布および粘膜上皮被覆を増大させ、粘膜に捕捉されるまたは粘膜のターンオーバーによって除去されるタンパク質ナノケージの損失を減少させる。また密なブラシコーティングは、生理学的流体またはヒト血漿におけるタンパク質ナノケージの凝集を防止し、全身送達に適切な生理学的に関連する条件下でコロイド安定性を向上させる。好ましくは、タンパク質ナノケージは、治療および／または診断剤を取り込んだ場合でも、例えば［Γ／ＳＡ］≧１、より好ましくは［Γ／ＳＡ］＞２の、ブラシ状コーティングを付与する高い表面密度で粘膜浸透増強材料を含有する。
【００６７】
密なブラシコーティングまたは高密度の表面改変剤は、増強された粘膜浸透性をナノケージに付与する。表面改変剤の分子量を選択することにより、タンパク質ナノケージを腫瘍組織に浸透させ、特異的な細胞による吸収を媒介する能力が確実となる。
【００６８】
ＰＥＧまたは他の表面改変剤の分子量が低いことが、フェリチンナノケージの粘膜浸透を有効にし、腫瘍標的能力を維持するために、一般に好ましい。例えば、２ｋＤａのＰＥＧを有する５０％ＰＥＧ化フェリチンナノケージは、５ｋＤａまたは１０ｋＤａのＰＥＧを有するものよりも、ＴｆＲ１発現腫瘍細胞によって、多く吸収される。表面改変剤の好ましい低い分子量は、タンパク質ナノケージ上の表面修飾の密度および組成、ナノケージの形成におけるタンパク質の特徴、ならびに投与経路に応じて決まる。
【００６９】
Ｃ．治療、予防および診断剤
送達のための薬剤は、タンパク質ナノケージ空洞に物理的に捕捉され、ナノケージに封入され、タンパク質ナノケージの表面に非共有結合的に会合し、および／またはナノケージを形成するタンパク質に共有結合される。
【００７０】
また薬剤は、異なる放出速度で、典型的にはより速く、追加の薬剤を放出するために、例えば、捕捉、内在化または封入などによって物理的に組み込むことができる。溶液中の分子は、薬物溶液の存在下でフェリチンを分解／組織化することによって、フェリチンナノケージの空洞内に捕捉することができる。この特性を使用して、シスプラチンなどの白金化学療法剤および鉄キレート剤デスフェリオキサミンＢなどの金属含有薬物を空洞に取り込むことができる。本来的に金属と結合する傾向を有する薬剤は、フェリチンによって容易に封入される。非金属含有薬物は、フェリチンナノケージによる内在化の前に、またはフェリチンの薬剤取込みを最適化するためのポリ−Ｌ−アスパラギン酸などの荷電アクセサリー分子を添加する前に、Ｃｕ（ＩＩ）などの遷移金属と複合体化することができる。薬剤のこれらの修飾を物理的に組み込むめための具体的な方法は当業者に公知である。例えば、Maham  Aら、Small、５巻：１７０６〜２１頁（２００９年）およびJ  Mater  Chem、２１巻：８７００頁（２０１１年）。
【００７１】
取り込ませる薬剤のパーセントは、約１重量％〜約８０重量％、約１重量％〜約５０重量％、好ましくは約１重量％〜約４０重量％、より好ましくは約１重量％〜約２０重量％、最も好ましくは約１重量％〜約１０重量％である。
【００７２】
治療剤および予防剤
治療剤および予防剤は、タンパク質もしくはペプチド、糖類もしくは多糖、脂質、核酸、またはそれらの組合せであることができる。好ましい実施形態では、これらは、一般的には、２０００ダルトンまたはそれ未満、より好ましくは１０００ダルトンまたはそれ未満の分子量を有する小分子である。治療剤の代表的なクラスには、抗がん剤などの抗増殖剤、抗血管新生剤、鎮痛剤、抗炎症薬、解熱薬、抗てんかん薬、抗精神病剤、神経保護剤、抗細菌剤、抗ウイルス剤および抗真菌剤などの抗感染症剤、抗ヒスタミン剤、抗偏頭痛薬、抗ムスカリン薬、抗不安薬（anxioltyic）、鎮静剤、睡眠薬、抗精神病薬、気管支拡張薬、抗喘息薬、心血管薬、コルチコステロイド、ドーパミン作動薬、電解質、胃腸薬、筋弛緩剤、副交感神経作用剤、刺激剤、食欲抑制剤、および抗ナルコレプシー剤が含まれるが、これらに限定されない。
【００７３】
一部の実施形態では、タンパク質ナノケージに連結または封入された治療剤は、免疫調節剤である。例えば、免疫チェックポイント阻害剤は、フェリチンナノケージに共有結合しているまたは封入されている。チェックポイント阻害剤には、薬物、薬物候補物、または免疫チェックポイント分子を阻害／遮断する薬剤が含まれる。一般的に、２つのクラスの免疫チェックポイント分子、つまり刺激性のチェックポイント分子と、抑制性のチェックポイント分子とがある。刺激性チェックポイント分子には、ＣＤ２７、ＣＤ２８、ＣＤ４０、ＣＤ１２２、ＣＤ１３７、ＯＸ４０、グルココルチコイド誘導性ＴＮＦＲファミリー関連遺伝子（ＧＩＴＲ）、および誘導性Ｔ細胞補助刺激因子（ＩＣＯＳ）が含まれる。阻害性チェックポイント分子には、アデノシンＡ２Ａ受容体（Ａ２ＡＲ）、Ｂ７−Ｈ３（ＣＤ２７６とも称される）、Ｂ７−Ｈ４、ＢおよびＴリンパ球減弱剤（ＢＴＬＡ；ＣＤ２７２とも称される）、細胞傷害性Ｔリンパ球関連タンパク質４（ＣＴＬＡ−４；ＣＤ１５２とも称される）、インドールアミン−２，３−ジオキシゲナーゼ（ＩＤＯ）、キラー細胞免疫グロブリン様受容体（ＫＩＲ）、リンパ球活性化遺伝子−３（ＬＡＧ３）、プログラム死１受容体（ＰＤ−１）、Ｔ細胞免疫グロブリンドメインおよびムチンドメイン３（ＴＩＭ−３）およびＴ細胞活性化のＶ−ドメインＩｇサプレッサー（ＶＩＳＴＡ）が含まれる。免疫チェックポイント阻害剤は、がん細胞上の免疫チェックポイントタンパク質またはＴ細胞上のタンパク質を遮断し、それによって、Ｔ細胞ががん性細胞を認識することを妨げるタンパク質目隠し剤を除去し、がん性細胞を攻撃する免疫システムを導く抗体であってもよい。例えば、ＰＤ−１は、Ｔ細胞上のチェックポイントタンパク質である。ＰＤ−Ｌ１は、体内の多くの健常細胞で見出される別のチェックポイントタンパク質である。ＰＤ−１はＰＤ−Ｌ１に結合するとき、Ｔ細胞が細胞を殺傷することを停止する。
【００７４】
表面改変剤を有するタンパク質ナノケージに包含するための例示的なチェックポイント阻害剤としては、イピリムマブ（ＹＥＲＶＯＹ（登録商標）、ＣＴＬＡ−４に結合し、それが作用することを停止するモノクローナル抗体）、ペンブロリズマブ（ＫＥＹＴＲＵＤＡ（登録商標）、ＰＤ−１阻害剤）、ニボルマブ（ＯＰＤＩＶＯ（登録商標）、ＰＤ−１阻害剤）、アテゾリズマブ（ＴＥＣＥＮＴＲＩＱ、ＰＤ−Ｌ１阻害剤）、アベルマブ（ＢＡＶＥＮＣＩＯ、ＰＤ−Ｌ１阻害剤）およびデュルバルマブ（ＩＭＦＩＮＺＩ、ＰＤ−Ｌ１阻害剤）が含まれ、それを必要とする対象に有効な量で、それぞれまたは組合せで含まれる。
【００７５】
他の抗ＰＤ−１抗体は、以下の刊行物に記載されている：ＰＣＴ／ＩＬ０３／００４２５（Hardyら、ＷＯ／２００３／０９９１９６）、ＰＣＴ／ＪＰ２００６／３０９６０６（Kormanら、ＷＯ／２００６／１２１１６８）、ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００８９２５（Liら、ＷＯ／２００９／０１４７０８）、ＰＣＴ／ＪＰ０３／０８４２０（Honjoら、ＷＯ／２００４／００４７７１）、ＰＣＴ／ＪＰ０４／００５４９（Honjoら、ＷＯ／２００４／０７２２８６）、ＰＣＴ／ＩＢ２００３／００６３０４（Collinsら、ＷＯ／２００４／０５６８７５）、ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８８８５１（Ahmedら、ＷＯ／２００８／０８３１７４）、ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２６０４６（Kormanら、ＷＯ／２００７／００５８７４）、ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８４９２３（Terrettら、ＷＯ／２００９／０７３５３３）、Bergerら、Clin.  Cancer  Res.、１４巻、３０４４３０５１頁（２００８年）。
【００７６】
タンパク質ナノケージを封入するための例示的な抗Ｂ７−Ｈ１抗体には、以下の刊行物に記載されているものが含まれるが、これらに限定されない：ＰＣＴ／ＵＳ０６／０２２４２３（ＷＯ／２００６／１３３３９６、２００６年１２月１４日公開）、ＰＣＴ／ＵＳ０７／０８８８５１（ＷＯ／２００８／０８３１７４、２００８年７月１０日公開）、および米国特許出願公開第２００６／０１１０３８３号（２００６年５月２５日公開）。
【００７７】
また免疫調節剤は、小分子アンタゴニストであってもよい。小分子は、一般的に、約２，５００Ｄａ未満の分子量を有する小有機化合物である。一連の小有機化合物は、Ｂ７−１リガンドに結合してＣＴＬＡ４への結合を阻害することが示されている（Erbeら、J.  Biol.  Chem.、２７７巻、７３６３〜７３６８頁（２００２年）参照）。他の実施形態では、アンチセンス核酸、ＤＮＡおよびＲＮＡの両方、ならびにｓｉＲＮＡ分子が、免疫チェックポイント分子を標的とする。例えば、ポリエチレンイミンなどの担体と複合体化したｓｉＲＮＡ（例えば、ＰＤ−１をコードする遺伝子またはＰＤ−１リガンドをコードする遺伝子に特異的である、約２１ヌクレオチド長のもの：これらのオリゴヌクレオチドは商業的に容易に入手することができる）（Cubillos-Ruizら、J.  Clin.  Invest.、１１９巻（８号）：２２３１〜２２４４頁（２００９年）を参照）は、ＰＤ−１ならびにＰＤ−１のリガンドを発現する細胞によって容易に吸収され、これらの受容体およびリガンドの発現を減少させ、Ｔ細胞における阻害性シグナル伝達を減少させ、それによりＴ細胞を活性化させる。
【００７８】
タンパク質ナノケージに含める小分子の好ましいクラスには、がん治療薬、例えば、化学療法剤、サイトカイン、ケモカイン、および放射線療法が含まれる。化学療法薬の大部分は、アルキル化剤、代謝拮抗剤、アントラサイクリン、植物アルカロイド、トポイソメラーゼ阻害剤、および他の抗腫瘍剤に分類することができる。これらの薬物の全てが、何らかの方法で、細胞分裂またはＤＮＡ合成および機能に影響を与える。さらなる治療薬には、特定の種類のがん（慢性骨髄性白血病、消化管間質腫瘍）の分子異常を直接的に標的とするモノクローナル抗体（その断片を含む）およびチロシンキナーゼ阻害剤、例えば、メシル酸イマチニブ（ＧＬＥＥＶＥＣ（登録商標）またはＧＬＩＶＥＣ（登録商標））が含まれる。
【００７９】
好ましい実施形態では、治療剤は、化学療法薬、抗腫瘍剤、例えば、低酸素誘導性因子１−アルファ（ＨＩＦ−１α）阻害剤である。代表的な化学療法剤には、ドキソルビシン、デクスラゾキサン、ソラフェニブ、エルロチニブ塩酸塩、シスプラチンなどの白金含有薬物、セツキシマブ、スニチニブ、ベバシズマブ、カルボプラチン、オキサリプラチン、メクロレタミン、シクロホスファミド、クロラムブシル、ビンクリスチン、ビンブラスチン、ビノレルビン、ビンデシン、タキソールおよびその誘導体、イリノテカン、トポテカン、アムサクリン、エトポシド、リン酸エトポシド、テニポシド、エピポドフィロトキシン、トラスツズマブ、リツキシマブ、およびそれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８０】
一部の実施形態では、薬剤は、１つまたは複数の核酸である。核酸は、内在性核酸配列を、変化、訂正、または置換することができる。核酸は、がんを処置し、粘膜被覆組織に影響する他の疾患および代謝性疾患における遺伝子の欠陥を訂正するために使用され、例えば、遺伝子が経鼻送達を介して脳に到達するパーキンソンおよびＡＬＳの処置のための遺伝子である。一例は、ＭＡＣＵＧＥＮ（登録商標）（ペガプタニブ（pegaptanim）ナトリウム、抗ＶＥＧＦアプタマーまたはＥＹＥＯＯｌ）（Ｅｙｅｔｅｃｈ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ）である。
【００８１】
遺伝子治療は、疾患発症の原因となっている欠陥遺伝子を訂正する技術である。障害のある遺伝子を訂正するためのいくつかのアプローチがある。正常遺伝子を、ゲノム内の非特異的位置に挿入して非機能性遺伝子に置き換えてもよい。異常な遺伝子は、相同組換えによって、正常な遺伝子と置き換えることができる。異常な遺伝子は、遺伝子をその正常な機能へ戻す選択的な逆突然変異を介して修復することができる。特定の遺伝子の調節（遺伝子がオンまたはオフにされる程度）を変更することができる。
【００８２】
核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、化学的に修飾された核酸、またはその組合せであることができる。例えば、核酸の半減期の安定性または酵素的切断に対する耐性を増加させるための方法は、当技術分野で公知であり、核酸塩基、糖、またはポリヌクレオチドの結合に対する１つまたは複数の修飾または置換を含むことができる。核酸は、所望の使用に適合するように調整された特性を有するようにカスタム合成することができる。一般的な修飾には、ロックド核酸（ＬＮＡ）、アンロックド核酸（ＵＮＡ）、モルホリノ、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ホスホロチオエート結合、ホスホノ酢酸結合、プロピンアナログ、２’−Ｏ−メチルＲＮＡ、５−Ｍｅ−ｄＣ、２’−５’結合ホスホジエステル結合、キメラ結合（混合ホスホロチオエートおよびホスホジエステル結合および修飾）、脂質とペプチドとのコンジュゲーション、ならびにそれらの組合せが挙げられるが、それらに限定されない。
【００８３】
一部の実施形態では、核酸は、アキラルおよび非荷電サブユニット間結合を有するリン酸アナログなど（例えば、Sterchak,  E.P.ら、Organic  Chem.、５２巻：４２０２頁（１９８７年））、またはアキラルなサブユニット間結合を有する非荷電モルホリノ系ポリマー（例えば、米国特許第５，０３４，５０６号）などのヌクレオチド間結合修飾を含む。一部のヌクレオチド間結合アナログには、モルホリデート、アセタール、およびポリアミド結合複素環が含まれる。他の骨格および結合修飾には、ホスホロチオエート、ペプチド核酸、トリシクロ−ＤＮＡ、デコイオリゴヌクレオチド、リボザイム、スピーゲルマー（高い結合親和性を有するアプタマーであるＬ核酸を含む）またはＣｐＧオリゴマーが含まれるが、これらに限定されない。
【００８４】
タンパク質またはペプチド薬剤は、好ましくはタンパク質ナノケージの組織化を妨げない表面上で、タンパク質ナノケージに含めることができる。さらなるタンパク質断片またはペプチドを、タンパク質に物理的に組み込み、共有結合させ、またはそれと組換え的に産生して、ナノケージを形成することができる。それらは、がん疾患を処置するための抗血管新生などの機能のためのタンパク質ナノケージまたは治療用抗体の特異性をさらに高めるために、リガンドを標的とすることができる。
【００８５】
治療用タンパク質、タンパク質断片、ペプチドまたは関連化合物には、ベバシズマブ（ＡＶＡＳＴＩＮ（登録商標））およびｒｈｕＦＡｂ  Ｖ２（ラニビズマブ、ＬＵＣＥＮＴＩＳ（登録商標））などの血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）に対する抗体および他の抗ＶＥＧＦ化合物；色素上皮由来因子（ＰＥＤＦ）；インターフェロンアルファ；インターロイキン−１２（ＩＬ−１２）；エンドスタチン；アンギオスタチン；ＡＮＧＩＯＺＹＭＥ（登録商標）などのリボザイム阻害剤（Ｓｉｒｎａ  Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ）；ＮＥＯＶＡＳＴＡＴ（登録商標）（ＡＥ−９４１）などの多機能抗血管新生剤（Ａｅｔｅｒｎａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｑｕｅｂｅｃ  Ｃｉｔｙ、Ｃａｎａｄａ；パニツムマブ（ＶＥＣＴＩＢＩＸ（登録商標））およびセツキシマブ（ＥＲＢＩＴＵＸ（登録商標））などの上皮増殖因子受容体に対する抗体、ならびに当技術分野で公知の他の抗血管新生剤が含まれる。
【００８６】
送達することができる他の小分子には、セレコキシブ（ＣＥＬＥＢＲＥＸ（登録商標））およびロフェコキシブ（ＶＩＯＸＸ（登録商標））などのＣＯＸ−２阻害剤；サリドマイド（ＴＨＡＬＯＭＩＤ（登録商標））およびレナリドマイドなどのその誘導体（ＲＥＶＬＩＭＩＤ（登録商標））；スクアラミン；）；スニチニブ（ＳＵＴＥＮＴ（登録商標））などの受容体チロシンキナーゼ（ＲＴＫ）阻害剤；ソラフェニブ（Ｎｅｘａｖａｒ（登録商標））およびエルロチニブ（Ｔａｒｃｅｖａ（登録商標））などのチロシンキナーゼ阻害剤が含まれる。
【００８７】
例示的な診断材には、常磁性分子、蛍光化合物、磁性分子、および放射性核種が含まれる。適切な診断剤には、Ｘ線イメージング剤および造影媒体が含まれるが、これらに限定されない。放射性核種はまた、イメージング剤として使用することもできる。他の適切な造影剤の例には、放射線不透過性であるガスまたはガス放出化合物が含まれる。タンパク質ナノケージは、さらに、投与されたナノケージの位置を決定するために有用な薬剤を含むことができる。この目的のために有用な薬剤には、蛍光タグ、放射性核種および造影剤が含まれる。
【００８８】
リンカー
一部の実施形態は、タンパク質ナノケージに治療、診断およびイメージング剤を共有結合させる分解性リンカーを提供する。これらのリンカーは、ｐＨ、酵素ならびに／または温度および波長などの外部刺激に対して感受性であることができる。例えば、酸不安定性リンカーは、タンパク質ナノケージの表面からの共有結合された治療剤のエンドリソソーム小胞における細胞内放出を可能にする。腫瘍微小環境は、わずかに酸性（ｐＨ６．５〜６．８）であることができる。一部の実施形態では、タンパク質ナノケージは、分解のために実質的に低いｐＨ（＜６．０）を必要とする酸不安定性リンカーを介してタンパク質ナノケージと共有結合した、腫瘍細胞内でのみ放出される治療剤を送達する。例えば、酸不安定性リンカーには、ヒドラゾンおよびｃｉｓ−アコニチル、例えば、ｃｉｓ−アコニット酸無水物が含まれる。ｃｉｓ−アコニチル結合は、ドキソルビシン（ＤＯＸ）およびダウノマイシン（またはダウノルビシン）などのペイロードを、タンパク質またはペプチドの炭水化物ヒドロキシル基にコンジュゲートする。ｃｉｓ−アコニチルは、酸性条件下でアミド加水分解を促進するようにアミド結合に並置されたカルボン酸を使用する。ヒドラゾンは、共有結合のために炭水化物部分の代わりにタンパク質またはペプチド上のアミノ酸残基を利用する。これらのリンカーは、中性ｐＨ環境（ｐＨ７．３〜７．５、例えば、血液中で全身循環している間）では無傷で安定であるが、酸性環境（例えば、弱酸性エンドソーム（ｐＨ５．０〜６．５）およびリソソーム（ｐＨ４．５〜５．０）区画）下で加水分解を受け、薬物を放出する。さらなる酸感受性リンカーは、米国特許出願公開第２０１１００５３８７８Ａ１号に記載されている。刺激不安定性リンカーは、Ganta  Sら、J  Control  Release、１２６巻：１８７〜２０４頁（２００８年）に刺激応答性ナノ担体と記載されている。
【００８９】
標的部分
フェリチンナノケージは、天然に、いくつかの異なる種類の腫瘍に選択的である。しかしながら、異なるまたはさらなる標的が所望される実施形態がありうる。タンパク質、ペプチド、核酸、脂質、糖類もしくは多糖類、または器官、組織、細胞もしくは細胞外マトリックスに関連する１つまたは複数の標的に結合する小分子を含む代表的な標的分子、または特定の種類の腫瘍もしくは感染細胞が、タンパク質ナノケージに結合することができる。タンパク質ナノケージが基質を標的とする特異性の程度は、適切な親和性および特異性を有する標的化分子の選択を通じて調節することができる。例えば、標的化部分は、悪性細胞に排他的にまたはより高い量で存在する腫瘍マーカー（例えば、腫瘍抗原）を特異的に認識する抗体などのポリペプチドであることができる。目的の細胞および組織にナノ粒子を向けさせるために使用することができる適切な標的分子ならびに標的分子をナノ粒子にコンジュゲートする方法は、当技術分野で公知である。例えば、Ruoslahtiら、Nat.  Rev.  Cancer、２巻：８３〜９０頁（２００２年）を参照。また標的分子は、ニューロピリンおよび内皮標的化分子、インテグリン、セレクチン、および接着分子を含むことができる。
【００９０】
標的化部分の例には、ｉＲＧＤ、ＬｙＰ１などのペプチド；葉酸などの小分子、アプタマーおよび抗体、または様々なモル比でのそれらの組合せが含まれる。
【００９１】
標的化要素は、細胞表面受容体または標的細胞上の細胞表面抗原に対する親和性を有し、標的細胞内に粒子の内在化をもたらすべきである。
【００９２】
標的化要素は、細胞種、組織種または器官に特異的な標的分子を特異的に認識し、それに結合することができる。標的分子は、細胞表面ポリペプチド、脂質、または糖脂質であることができる。標的分子は、特定の細胞表面、組織または器官に選択的に発現する受容体であることができる。細胞特異的マーカーは、幹細胞、血液細胞、免疫細胞、筋肉細胞、神経細胞、がん細胞、ウイルス感染細胞、および器官特異的細胞を含むがこれらに限定されない特定の種類の細胞に対するものであることができる。細胞マーカーは、内皮、外胚葉または間葉細胞に特異的であることができる。代表的な細胞特異的マーカーとしては、がん特異的マーカーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９３】
標的化要素によって認識することができるさらなる標的には、ＶＥＧＦ／ＫＤＲ、Ｔｉｅ２、血管細胞接着分子（ＶＣＡＭ）、エンドグリンおよびα５β３インテグリン／ビトロネクチンが含まれる。標的化ペプチドは、外殻のポリマーに共有結合することができ、共有結合はリンカーによって媒介されうる。
【００９４】
一実施形態では、標的化要素は、腫瘍細胞によって発現される抗原に特異的に結合する。腫瘍によって発現される抗原は、腫瘍に特異的であることができ、または非腫瘍細胞と比較して腫瘍細胞に対して高レベルで発現することができる。がん細胞に特有に発現しているかまたは適切な対照と比較して悪性状態を有する対象において顕著に高いレベルで存在している（例えば、統計学的に有意な様式で上昇している）、腫瘍関連抗原として公知の血清学的に定義されたマーカーなどの抗原性マーカーは、ある特定の実施形態において使用することが企図される。
【００９５】
腫瘍−関連抗原には、例えば、細胞性癌遺伝子コード産物または異常発現癌原遺伝子コード産物（例えば、ｎｅｕ、ｒａｓ、ｔｒｋ、およびｋｉｔ遺伝子によってコードされる産物）または増殖因子受容体または受容体様細胞表面分子（例えば、ｃ−ｅｒｂ  Ｂ遺伝子によってコードされる表面受容体）の変異形態を含んでもよい。他の腫瘍−関連抗原には、形質転換事象に直接関与しうる分子、または発癌性形質転換事象には直接的に関与しないが、腫瘍細胞によって発現される分子（例えば、癌胎児性抗原、ＣＡ−１２５、メラノーマ関連抗原など）（例えば、米国特許第６，６９９，４７５号；Jagerら、Int.  J.  Cancer、１０６巻：８１７〜２０頁（２００３年）；Kennedyら、Int.  Rev.  Immunol.、２２巻：１４１〜７２頁（２００３年）；Scanlanら、Cancer  Immun.、４巻：１頁（２００４年））が含まれる。
【００９６】
細胞腫瘍関連抗原をコードする遺伝子には、細胞性癌遺伝子および異常発現されている癌原遺伝子が含まれる。一般に、細胞性癌遺伝子は、細胞の形質転換に直接関係している産物をコードしており、このために、これらの抗原は、免疫療法の特に好ましい標的である。一例は、発癌性形質転換に関与する細胞表面分子をコードする腫瘍形成ｎｅｕ遺伝子である。他の例には、ｒａｓ、ｋｉｔおよびｔｒｋ遺伝子が含まれる。癌原遺伝子（癌遺伝子を形成するように変異されている通常の遺伝子）の産物は異常発現（例えば、過剰発現）している場合があり、この異常発現は、細胞の形質転換に関与しうる。したがって、癌原遺伝子によってコードされた産物を標的とすることができる。一部の癌遺伝子は、腫瘍細胞表面上に発現される増殖因子受容体分子または増殖因子受容体様分子をコードする。一例は、ｃ−ｅｒｂＢ遺伝子によってコードされる細胞表面受容体である。他の腫瘍関連抗原は、悪性形質転換に直接関与してもしなくてもよい。しかしながら、これらの抗原は、特定の腫瘍細胞によって発現され、それゆえ、有効な標的となることができる。一部の例は、癌胎児性抗原（ＣＥＡ）、ＣＡ１２５（卵巣癌に関連）およびメラノーマ特異的抗原である。
【００９７】
卵巣癌および他の癌において、例えば、腫瘍関連抗原は、血清または粘膜分泌物などの容易に得られる生物学的流体の試料中で検出可能である。そのようなマーカーの１つは、血液中にも流出し、血清中で検出可能な癌関連抗原であるＣＡ１２５である（例えば、Bastら、N.  Eng.  J.  Med.、３０９巻：８８３頁（１９８３年）；Lloydら、Int.  J.  Canc.、７１巻：８４２頁（１９９７年）。血清およびその他の生物学的流体中のＣＡ１２５レベルは、卵巣癌および他の癌の診断ならびに／または予後プロファイルを提供する試みにおいて、他のマーカー、例えば、癌胎児性抗原（ＣＥＡ）、扁平上皮細胞癌抗原（ＳＣＣ）、組織ポリペプチド特異的抗原（ＴＰＳ）、シアリルＴＮムチン（ＳＴＮ）および胎盤アルカリホスファターゼ（ＰＬＡＰ）のレベルと共に測定されてきた（例えば、Sarandakouら、Acta  Oncol.、３６巻：７５５頁（１９９７年）；Sarandakouら、Eur.  J.  Gynaecol.  Oncol.、１９巻：７３頁（１９９８年）；Meierら、Anticancer  Res.、１７巻（４Ｂ号）：２９４５頁（１９９７年）；Kudohら、Gynecol.  Obstet.  Invest.、４７巻：５２頁（１９９９年））。上昇した血清ＣＡ１２５は、神経芽細胞腫に付随しうる（例えば、Hirokawaら、Surg.  Today、２８巻：３４９頁（１９９８年）。一方で、とりわけ、上昇したＣＥＡおよびＳＣＣは、結腸直腸がんに付随しうる（Gebauerら、Anticancer  Res.、１７巻（４Ｂ）：２９３９頁（１９９７年））。
【００９８】
モノクローナル抗体Ｋ−１との反応性によって定義された腫瘍関連抗原メソセリンは、上皮性卵巣、子宮頸部および食道腫瘍を含む扁平上皮癌の大部分、ならびに中皮腫に存在している（Changら、Cancer  Res.、５２巻：１８１頁（１９９２年）；Changら、Int.  J.  Cancer、５０巻：３７３頁（１９９２年）；Changら、Int.  J.  Cancer、５１巻：５４８頁（１９９２年）；Changら、Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA、９３巻：１３６頁（１９９６年）；Chowdhuryら、Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA、９５巻：６６９頁（１９９８年））。メソセリンは、ＭＡｂ  Ｋ−１を使用して、細胞関連腫瘍マーカーとしてのみ検出可能であり、卵巣がん患者由来の血清中またはＯＶＣＡＲ−３細胞によって条件づけられた培地において可溶性形態で見出されていない（Changら、Int.  J.  Cancer、５０巻：３７３頁（１９９２年））。しかしながら、構造的に関連するヒトメソセリンポリペプチドには、悪性腫瘍を有する患者由来の生物学的流体に天然に存在する可溶性抗原として検出可能な別個のメソセリン関連抗原（ＭＲＡ）ポリペプチドなどの腫瘍関連抗原ポリペプチドも含まれる（ＷＯ００／５０９００参照）。
【００９９】
腫瘍抗原は、細胞表面分子を含むことができる。公知の構造のおよび公知または記載された機能を有する腫瘍抗原には、以下の細胞表面受容体が含まれる：ＨＥＲ１（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ４８７２２）、ＨＥＲ２（Yoshinoら、J.  Immunol.、１５２巻：２３９３頁（１９９４年）；Disisら、Canc.  Res.、５４巻：１６頁（１９９４年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ０３３６３およびＭ１７７３０）、ＨＥＲ３（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ２９３３９およびＭ３４３０９）、ＨＥＲ４（Plowmanら、Nature、３６６巻：４７３頁（１９９３年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｌ０７８６８およびＴ６４１０５）、上皮増殖因子受容体（ＥＧＦＲ）（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ４８７２２およびＫＯ３１９３）、血管内皮細胞増殖因子（ＧｅｎＢａｎｋ番号Ｍ３２９７７）、血管内皮細胞増殖因子受容体（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号ＡＦ０２２３７５、１６８０１４３、Ｕ４８８０１およびＸ６２５６８）、インスリン様増殖因子−Ｉ（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ００１７３、Ｘ５６７７４、Ｘ５６７７３、Ｘ０６０４３、欧州特許番号ＧＢ２２４１７０３）、インスリン様増殖因子−ＩＩ（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ０３５６２、Ｘ００９１０、Ｍ１７８６３およびＭ１７８６２）、トランスフェリン受容体（TrowbridgeおよびOmary、Proc.  Nat.  Acad.  USA、７８巻：３０３９頁（１９８１年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ０１０６０およびＭ１１５０７）、エストロゲン受容体（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｍ３８６５１、Ｘ０３６３５、Ｘ９９１０１、Ｕ４７６７８およびＭ１２６７４）、プロゲステロン受容体（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ５１７３０、Ｘ６９０６８およびＭ１５７１６）、卵胞刺激ホルモン受容体（ＦＳＨ−Ｒ）（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｚ３４２６０およびＭ６５０８５）、レチノイン酸受容体（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｌ１２０６０、Ｍ６０９０９、Ｘ７７６６４、Ｘ５７２８０、Ｘ０７２８２およびＸ０６５３８）、ＭＵＣ−１（Barnesら、Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  USA、８６巻：７１５９頁（１９８９年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｍ６５１３２およびＭ６４９２８）ＮＹ−ＥＳＯ−１（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号ＡＪ００３１４９およびＵ８７４５９）、ＮＡ１７−Ａ（ＰＣＴ公開番号ＷＯ９６／４００３９）、Ｍｅｌａｎ−Ａ／ＭＡＲＴ−１（Kawakamiら、Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  USA、９１巻：３５１５頁（１９９４年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ０６６５４およびＵ０６４５２）、チロシナーゼ（Topalianら、Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  USA、９１巻：９４６１頁（１９９４年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｍ２６７２９；Weberら、J.  Clin.  Invest、１０２巻：１２５８頁（１９９８年））、Ｇｐ−１００（Kawakamiら、Proc.  Nat.  Acad.  Sci.  USA、９１巻：３５１５頁（１９９４年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｓ７３００３、Ademaら、J.  Biol.  Chem.、２６９巻：２０１２６頁（１９９４年））、ＭＡＧＥ（van  den  Bruggenら、Science、２５４巻：１６４３頁（１９９１年））；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ９３１６３、ＡＦ０６４５８９、Ｕ６６０８３、Ｄ３２０７７、Ｄ３２０７６、Ｄ３２０７５、Ｕ１０６９４、Ｕ１０６９３、Ｕ１０６９１、Ｕ１０６９０、Ｕ１０６８９、Ｕ１０６８８、Ｕ１０６８７、Ｕ１０６８６、Ｕ１０６８５、Ｌ１８８７７、Ｕ１０３４０、Ｕ１���３３９、Ｌ１８９２０、Ｕ０３７３５およびＭ７７４８１）、ＢＡＧＥ（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｕ１９１８０；米国特許第５，６８３，８８６号および第５，５７１，７１１号）、ＧＡＧＥ（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号ＡＦ０５５４７５、ＡＦ０５５４７４、ＡＦ０５５４７３、Ｕ１９１４７、Ｕ１９１４６、Ｕ１９１４５、Ｕ１９１４４、Ｕ１９１４３およびＵ１９１４２）、特にＳＳＸ２遺伝子によってコードされるＨＯＭ−ＭＥＬ−４０抗原を含むいずれかのＣＴＡクラスの受容体（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ８６１７５、Ｕ９０８４２、Ｕ９０８４１およびＸ８６１７４）、癌胎児性抗原（ＣＥＡ、GoldおよびFreedman、J.  Exp.  Med.、１２１巻：４３９頁（１９８５年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｍ５９７１０、Ｍ５９２５５およびＭ２９５４０）、ならびにＰｙＬＴ（ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｊ０２２８９およびＪ０２０３８）；ｐ９７（メラノトランスフェリン）（Brownら、J.  Immunol.、１２７巻：５３９〜４６頁（１９８１年）；Roseら、Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA、８３巻：１２６１〜６１頁（１９８６年））。
【０１００】
追加の腫瘍関連抗原には、前立腺表面抗原（ＰＳＡ）（米国特許第６，６７７，１５７号；第６，６７３，５４５号）；β−ヒト絨毛性ゴナドトロピンβ−ＨＣＧ）（McManusら、Cancer  Res.、３６巻：３４７６〜８１頁（１９７６年）；Yoshimuraら、Cancer、７３巻：２７４５〜５２頁（１９９４年）；Yamaguchiら、Br.  J.  Cancer、６０巻：３８２〜８４頁（１９８９年）：Alfthanら、Cancer  Res.、５２巻：４６２８〜３３頁（１９９２年））；糖転移酵素β−１，４−Ｎ−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ（ＧａｌＮＡｃ）（Hoonら、Int.  J.  Cancer、４３巻：８５７〜６２頁（１９８９年）；Andoら、Int.  J.  Cancer、４０巻：１２〜１７頁（１９８７年）；Tsuchidaら、J.  Natl.  Cancer、７８巻：４５〜５４頁（１９８７年）；Tsuchidaら、J.  Natl.  Cancer、７８巻：５５〜６０頁（１９８７年））；ＮＵＣ１８（Lehmannら、Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  USA、８６巻：９８９１〜９５頁（１９８９年）；Lehmannら、Cancer  Res.、４７巻：８４１〜４５頁（１９８７年））；メラノーマ抗原ｇｐ７５（Vijayasardahiら、J.  Exp.  Med.、１７１巻：１３７５〜８０頁（１９９０年）；ＧｅｎＢａｎｋ受託番号Ｘ５１４５５）；ヒトサイトケラチン８；高分子量黒色腫抗原（Nataliら、Cancer、５９巻：５５〜６３頁（１９８７年）；ケラチン１９（Dattaら、J.  Clin.  Oncol.、１２巻：４７５〜８２頁（１９９４年））が含まれる。
【０１０１】
目的の腫瘍抗原には、悪性状態を有する対象において免疫原性である「がん／精巣」（ＣＴ）抗原として当技術分野でみなされる抗原が含まれる（Scanlanら、Cancer  Immun.、４巻：１頁（２００４年））。ＣＴ抗原には、１つまたは複数のメンバーを有し、免疫応答を誘導することができる、少なくとも１９の異なる抗原ファミリーが含まれ、ＭＡＧＥＡ（ＣＴ１）；ＢＡＧＥ（ＣＴ２）；ＭＡＧＥＢ（ＣＴ３）；ＧＡＧＥ（ＣＴ４）；ＳＳＸ（ＣＴ５）；ＮＹ−ＥＳＯ−１（ＣＴ６）；ＭＡＧＥＣ（ＣＴ７）；ＳＹＣＰ１（Ｃ８）；ＳＰＡＮＸＢ１（ＣＴ１１．２）；ＮＡ８８（ＣＴ１８）；ＣＴＡＧＥ（ＣＴ２１）；ＳＰＡ１７（ＣＴ２２）；ＯＹ−ＴＥＳ−１（ＣＴ２３）；ＣＡＧＥ（ＣＴ２６）；ＨＯＭ−ＴＥＳ−８５（ＣＴ２８）；ＨＣＡ６６１（ＣＴ３０）；ＮＹ−ＳＡＲ−３５（ＣＴ３８）；ＦＡＴＥ（ＣＴ４３）；およびＴＰＴＥ（ＣＴ４４）が含まれるが、これらに限定されない。
【０１０２】
腫瘍関連または腫瘍特異的抗原を含む、標的とされうるさらなる腫瘍抗原には、アルファ−アクチニン−４、Ｂｃｒ−Ａｂｌ融合タンパク質、Ｃａｓｐ−８、ベータ−カテニン、ｃｄｃ２７、ｃｄｋ４、ｃｄｋｎ２ａ、ｃｏａ−１、ｄｅｋ−ｃａｎ融合タンパク質、ＥＦ２、ＥＴＶ６−ＡＭＬ１融合タンパク質、ＬＤＬＲ−フコシルトランスフェラーゼＡＳ融合タンパク質、ＨＬＡ−Ａ２、ＨＬＡ−Ａ１１、ｈｓｐ７０−２、ＫＩＡＡＯ２０５、Ｍａｒｔ２、Ｍｕｍ−１，２および３、ｎｅｏ−ＰＡＰ、ミオシンクラスＩ、ＯＳ−９、ｐｍｌ−ＲＡＲα融合タンパク質、ＰＴＰＲＫ、Ｋ−ｒａｓ、Ｎ−ｒａｓ、トリオースリン酸イソメラーゼ、Ｂａｇｅ−１、Ｇａｇｅ３，４，５，６，７、ＧｎＴＶ、Ｈｅｒｖ−Ｋ−ｍｅｌ、Ｌａｇｅ−１、Ｍａｇｅ−Ａ１，２，３，４，６，１０，１２、Ｍａｇｅ−Ｃ２、ＮＡ−８８、ＮＹ−Ｅｓｏ−１／Ｌａｇｅ−２、ＳＰ１７、ＳＳＸ−２、およびＴＲＰ２−Ｉｎｔ２、ＭｅｌａｎＡ（ＭＡＲＴ−Ｉ）、ｇｐ１００（Ｐｍｅｌ１７）、チロシナーゼ、ＴＲＰ−１、ＴＲＰ−２、ＭＡＧＥ−１、ＭＡＧＥ−３、ＢＡＧＥ、ＧＡＧＥ−１、ＧＡＧＥ−２、ｐ１５（５８）、ＣＥＡ、ＲＡＧＥ、ＮＹ−ＥＳＯ（ＬＡＧＥ）、ＳＣＰ−１、Ｈｏｍ／Ｍｅｌ−４０、ＰＲＡＭＥ、ｐ５３、Ｈ−Ｒａｓ、ＨＥＲ−２／ｎｅｕ、ＢＣＲ−ＡＢＬ、Ｅ２Ａ−ＰＲＬ、Ｈ４−ＲＥＴ、ＩＧＨ−ＩＧＫ、ＭＹＬ−ＲＡＲ、エプスタイン・バーウイルス抗原、ＥＢＮＡ、ヒトパピローマウイルス（ＨＰＶ）抗原Ｅ６およびＥ７、ＴＳＰ−１８０、ＭＡＧＥ−４、ＭＡＧＥ−５、ＭＡＧＥ−６、ｐ１８５ｅｒｂＢ２、ｐ１８０ｅｒｂＢ−３、ｃ−ｍｅｔ、ｎｍ−２３Ｈ１、ＰＳＡ、ＴＡＧ−７２−４、ＣＡ１９−９、ＣＡ７２−４、ＣＡＭ１７．１、ＮｕＭａ、Ｋ−ｒａｓ、β−カテニン、ＣＤＫ４、Ｍｕｍ−１、ｐ１６、ＴＡＧＥ、ＰＳＭＡ、ＰＳＣＡ、ＣＴ７、テロメラーゼ、４３−９Ｆ、５Ｔ４、７９１Ｔｇｐ７２、α−フェトタンパク質、１３ＨＣＧ、ＢＣＡ２２５、ＢＴＡＡ、ＣＡ１２５、ＣＡ１５−３（ＣＡ２７．２９＼ＢＣＡＡ）、ＣＡ１９５、ＣＡ２４２、ＣＡ−５０、ＣＡＭ４３、ＣＤ６８＼ＫＰ１、ＣＯ−０２９、ＦＧＦ−５、Ｇ２５０、Ｇａ７３３（ＥｐＣＡＭ）、ＨＴｇｐ−１７５、Ｍ３４４、ＭＡ−５０、ＭＧ７−Ａｇ、ＭＯＶ１８、ＮＢ＼７０Ｋ、ＮＹ−ＣＯ−１、ＲＣＡＳ１、ＳＤＣＣＡＧ１６、ＴＡ−９０（Ｍａｃ−２結合タンパク質＼シクロフィリンＣ関連タンパク質）、ＴＡＡＬ６、ＴＡＧ７２、ＴＬＰおよびＴＰＳが含まれるが、これらに限定されない。他の腫瘍関連および腫瘍特異的抗原は、当業者に公知であり、融合タンパク質による標的化に適している。
【０１０３】
抗体標的化要素
標的化要素は、抗体またはその抗原結合断片であることができる。抗体は、当技術分野で公知の任意の種類の免疫グロブリンであることができる。例えば、抗体は、任意のアイソタイプ、例えば、ＩｇＡ、ＩｇＤ、ＩｇＥ、ＩｇＧ、ＩｇＭなどであることができる。抗体はモノクローナルまたはポリクローナルであることができる。抗体は、天然に存在する抗体、例えば、哺乳動物、例えば、マウス、ウサギ、ヤギ、ウマ、ニワトリ、ハムスター、ヒトから単離されたおよび／または精製された抗体であることができる。あるいは、抗体は、遺伝子操作された抗体、例えば、ヒト化抗体またはキメラ抗体であることができる。抗体は、モノマーまたはポリマー形態であることができる。抗体の抗原結合断片は、Ｆａｂ、Ｆ（ａｂ’）２、ｄｓＦｖ、ｓＦｖ、ダイアボディおよびトリアボディなどの少なくとも１つの抗原結合部位を有する任意の部分であることができる。ある特定の実施形態では、抗体は、単鎖抗体である。
【０１０４】
アプタマー標的化要素
アプタマーは、高い親和性および特異性で、実質的に任意のクラスの標的分子を認識する能力を有するオリゴヌクレオチドまたはペプチド配列である。アプタマーは、小有機体、ペプチド、タンパク質、細胞、および組織などの標的に結合する。抗体と異なり、一部のアプタマーは、立体選択性を示す。アプタマーは、細胞、組織または器官に発現される特異的な標的に結合するように設計することができる。
【０１０５】
医薬組成物
製剤は、粘膜表面への投与または全身投与に適切な医薬担体中に有効量の粘膜浸透性タンパク質ナノケージを含む。製剤は、非経口的に（例えば、注射または注入により）、局所的に（例えば、眼に）、膣内にまたは肺投与を介して、投与することができる。タンパク質ナノケージは、持続放出のために、粘膜浸透ポリマーナノまたはマイクロ粒子にさらに封入することができる。
【０１０６】
さらにタンパク質ナノケージは、粘膜浸透ポリマー粒子に封入またはその中で送達されることができる。粘膜浸透粒子は、迅速に粘膜に浸透することができ、粘膜ターンオーバーにかかわらず長期間上皮表面に留まり、タンパク質ナノケージなどのペイロードを高い取込み量で含むことができる。このように、タンパク質ナノケージは、持続的かつ制御された様式で上皮表面にこれらの粒子から放出され、さらに低酸素コアへと腫瘍組織を浸透し、治療剤を腫瘍細胞内に到達することができる。
【０１０７】
肺製剤
患者への活性薬剤の肺投与のための医薬製剤および方法は、当技術分野で公知である。
【０１０８】
呼吸器は、大気と血流との間のガス交換に関与する構造体である。呼吸器には、中咽頭および喉頭を含む上気道と、それに続く、気管支および細気管支への分岐につながった気管を含む下気道とが包含される。上気道および下気道は誘導気道と呼ばれる。終末細気管支は、次いで最終的な呼吸ゾーン、肺胞、またはガスの交換が起こる肺深部につながる呼吸細気管支に分かれる。
【０１０９】
製剤は、乾燥粉末製剤および液体製剤に分けることができる。乾燥粉末製剤と液体製剤の両方が、エアロゾル製剤を形成するために使用することができる。エアロゾルという用語は、本明細書で使用されるとき、噴射剤を使用して製造されているか否かにかかわらず、溶液または懸濁液であることができる、粒子の微細ミストのあらゆる調製物を指す。
【０１１０】
液体製剤
液体製剤は、液体医薬担体中に懸濁された１つまたは複数のタンパク質ナノケージを含む。
【０１１１】
適切な液体担体には、蒸留水、脱イオン水、純水または超純水、生理食塩水、ならびにリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、リンゲル溶液、および等張性塩化ナトリウムなどの、塩および／または緩衝剤を含む他の生理学的に許容される水溶液、または動物もしくはヒトへの投与のために許容される任意の他の水性溶液が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１２】
好ましくは、液体製剤は、生理学的流体に対して等張であり、約ｐＨ４．０〜約ｐＨ７．４、より好ましくは約ｐＨ６．０〜ｐＨ７．０の範囲のほぼ同じｐＨのものである。液体医薬担体は、１つまたは複数の生理学的に適合性の緩衝剤、例えば、リン酸緩衝剤を含むことができる。当業者は、肺投与のための水溶液に適した塩類含量およびｐＨを容易に決定することができる。
【０１１３】
液体製剤は、セルロース誘導体、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、トラガカントゴム、またはレシチンなどの１つまたは複数の懸濁化剤を含むことができる。液体製剤は、エチルまたはｎ−プロピルｐ−ヒドロキシベンゾエートなどの１つまたは複数の保存剤も含むことができる。
【０１１４】
また液体製剤は、少量のポリマー、界面活性剤、または当業者に周知の他の賦形剤を含むこともできる。この文脈において、「少量」は、肺内の１つまたは複数の活性薬剤の吸収に有害な影響を与えうる賦形剤が存在しないことを意味する。
【０１１５】
乾燥粉末製剤
乾燥粉末製剤は、肺または鼻投与に適切なタンパク質ナノケージまたはモノマー単位を含有する細かく分割された固体製剤である。乾燥粉末製剤は、最小限で、肺投与に適切な、１つまたは複数のタンパク質ナノケージまたは自己組織化タンパク質またはペプチドを含み、自己組織化タンパク質またはペプチドは、水性媒体中に再懸濁されるとき、自己組織化することができる。そのような乾燥粉末製剤は、空気または適切な噴射剤以外の任意の担体の恩恵無しに、患者に肺吸入を介して、投与することができる。
【０１１６】
医薬担体は、増量剤、または脂質、または界面活性剤を含むことができる。ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）などの天然の界面活性剤が最も好ましい。合成および動物由来の肺界面活性剤には、Ｅｘｏｓｕｒｆ［ＤＰＰＣと、拡散剤として加えられたヘキサデカノールおよびチロキサポールとの混合物］、Ｐｕｍａｃｔａｎｔ（人工肺拡張化合物またはＡＬＥＣ）［ＤＰＰＣとＰＧとの混合物］、ＫＬ−４［ＤＰＰＣ、パルミトイル−オレオイルホスファチジルグリセロールおよびパルミチン酸とＳＰ−Ｂの構造的特徴を模倣する２１アミノ酸合成ペプチドとの組合せで構成］が含まれる。
【０１１７】
Ｖｅｎｔｉｃｕｔｅ［ＤＰＰＣ、ＰＧ、パルミチン酸および組換えＳＰ−Ｃ］。動物由来界面活性剤には、Ａｌｖｅｏｆａｃｔ［ウシ肺洗浄液から抽出されたもの］、Ｃｕｒｏｓｕｒｆ［ミンチされたブタ肺に由来する材料から抽出されたもの］、Ｉｎｆａｓｕｒｆ［ウシ肺洗浄液から抽出されたもの］、Ｓｕｒｖａｎｔａ［ミンチされたウシ肺から抽出されたものにＤＰＰＣ、パルミチン酸、およびトリパルミチンを加えたもの］が含まれる。
【０１１８】
また医薬担体は、１つまたは複数の安定剤または分散剤を含むことができる。また医薬担体は、１つまたは複数のｐＨ調整剤または緩衝剤を含むことができる。適切な緩衝剤には、有機酸と塩基とから調製された有機塩、例えば、クエン酸ナトリウムまたはアスコルビン酸ナトリウムが含まれる。医薬担体は、塩化ナトリウムまたは塩化カリウムなどの１つまたは複数の塩を含むことができる。
【０１１９】
乾燥粉末製剤は、典型的には、１つまたは複数のタンパク質ナノケージまたは自己組織化タンパク質もしくはペプチドを、１つまたは複数の薬学的に許容される担体とブレンドすることによって調製される。任意選択で、さらなる活性薬剤を、下記に議論されるように、混合物に組み込んでもよい。その後、混合物は、凍結乾燥、噴霧乾燥、凝集、スプレーコーティング、コアセルベーション、低温キャスティング、ミリング（例えば、空気磨砕ミリング（ジェットミリング）、ボールミリング）、高圧均質化、および／または超臨界流体結晶化などの当技術分野で公知の技術を使用して、肺投与のために適切な粒子に形成される。
【０１２０】
乾燥粉末製剤は、当技術分野で公知の適切な方法を使用して乾燥粉末として投与することができる。あるいは、乾燥粉末製剤は、液体製剤中に懸濁し、液体製剤の送達のために当技術分野で公知の方法を使用して肺に投与することができる。
【０１２１】
上記乾燥粉末および液体製剤を使用して肺投与のためのエアロゾル製剤を形成することができる。呼吸器への治療剤の送達のためのエアロゾルは、当技術分野で公知である。用語エアロゾルは、本明細書で使用されるとき、気体中に懸濁された固体または液体粒子の微細ミストの任意の調製物を指す。いくつかの場合では、気体は、噴射剤であってもよい；しかしながら、これは必須ではない。エアロゾルは、超音波処理または高圧処理のようないくつかの標準的な技術を使用して製造することができる。
【０１２２】
一部の場合では、デバイスを使用して、製剤を肺へ投与する。適切なデバイスには、乾燥粉末吸入器、加圧式定量吸入器、ネブライザー、および電気流体力学的エアロゾルデバイスを含むが、これらに限定されない。吸入は、患者の鼻および／または口を通じて行うことができる。投与は、吸入しながらの製剤の自己投与によって、またはレスピレータでの患者へのレスピレータを介した製剤の投与によって行うことができる。
【０１２３】
注射用製剤
一部の実施形態では、タンパク質ナノケージは、注射または注入などの非経口送達のために、溶液または懸濁液の形態で製剤化される。製剤は、処置されるべき器官または組織に、血流などの任意の経路を介してまたは直接に投与することができる。例えば、非経口投与は、患者への、静脈内、皮内、腹腔内、胸膜内、気管内、筋肉内、皮下、結膜下（subjunctivally）、注射による、および注入による投与を含むことができる。
【０１２４】
非経口製剤は、当技術分野で公知の技術を使用して、水性組成物として調製することができる。典型的には、このような組成物は、注射用製剤、例えば、溶液または懸濁液；注射前に再構成媒体の添加により溶液または懸濁液を調製するために使用するのに適した固体形態；油中水型（ｗ／ｏ）エマルジョン、水中油型（ｏ／ｗ）エマルジョン、およびそのマイクロエマルジョンなどのエマルジョン、リポソーム、またはエマルソームとして調製することができる。
【０１２５】
担体は、例えば、水、エタノール、１つまたは複数のポリオール（例えば、グリセロール、プロピレングリコール、および液体ポリエチレングリコール）、油、例えば、植物油（例えば、落花生油、トウモロコシ油、ゴマ油など）、およびその組合せを含む溶媒または分散媒であることができる。
【０１２６】
遊離の酸または塩基としての活性化合物またはその薬理学的に活性な塩の溶液および分散液は、界面活性剤、分散剤、乳化剤、ｐＨ調整剤、およびそれらの組合せが含まれるが、これらに限定されない１つもしくは複数の薬学的に許容される賦形剤と適切に混合した、水もしくは別の溶媒または分散媒体中で調製することができる。
【０１２７】
適切な界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、両性または非イオン性の界面活性剤であることができる。適切なアニオン性界面活性剤には、カルボン酸イオン、スルホン酸イオンおよび硫酸イオンが含まれるが、これらに限定されない。アニオン性界面活性剤の例には、長鎖アルキルスルホン酸およびアルキルアリールスルホン酸のナトリウム、カリウム、アンモニウム塩、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム；ジアルキルスルホコハク酸塩、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム；ビス−（２−エチルチオキシル）−スルホコハク酸ナトリウムなどのジアルキルスルホコハク酸塩；およびラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸塩が含まれる。カチオン性界面活性剤には、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、臭化セトリモニウム、塩化ステアリルジメチルベンジルアンモニウム、ポリオキシエチレンおよびココナッツアミンなどの第四級アンモニウム化合物が含まれるが、これらに限定されない。非イオン性界面活性剤の例には、エチレングリコールモノステアレート、プロピレングリコールミリステート、グリセリルモノステアレート、グリセリルステアレート、ポリグリセリル−４−オレエート、ソルビタンアシレート、スクロースアシレート、ＰＥＧ−１５０ラウレート、ＰＥＧ−４００モノラウレート、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリソルベート、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ＰＥＧ−１０００セチルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリプロピレングリコールブチルエーテル、Ｐｏｌｏｘａｍｅｒ（登録商標）４０１、ステアロイルモノイソプロパノール、およびポリオキシエチレン水素化獣脂アミドが含まれる。両性界面活性剤の例には、Ｎ−ドデシル−β−アラニンナトリウム、Ｎ−ラウリル−β−イミノジプロピオネートナトリウム、ミリストアンホアセテート（myristoamphoacetate）、ラウリルベタインおよびラウリルスルホベタインが含まれる。
【０１２８】
製剤は、微生物の増殖を防止するために保存剤を含むことができる。適切な保存剤には、パラベン、クロロブタノール、フェノール、ソルビン酸、およびチメロサールが含まれるが、これらに限定されない。また製剤は、活性薬剤の分解を防止するための酸化防止剤を含むことができる。
【０１２９】
製剤は、再構成の際に、非経口投与のために、典型的にはｐＨ４〜８、より好ましくはｐＨ約５．５〜７．５に緩衝される。適切な緩衝剤には、リン酸緩衝剤、酢酸緩衝剤、およびクエン酸緩衝剤が含まれるが、これらに限定されない。
【０１３０】
水溶性ポリマーは、非経口投与のための製剤でしばしば使用される。適切な水溶性ポリマーには、ポリビニルピロリドン、デキストラン、カルボキシメチルセルロース、およびポリエチレングリコールが含まれるが、これらに限定されない。
【０１３１】
適切な注射溶液は、必要な量の活性化合物を、必要に応じて、１つまたは複数の上記で列挙された賦形剤と共に、適切な溶媒または分散媒に組み込み、次いで濾過滅菌を行うことによって調製することができる。一般に、分散液は、様々な無菌化された活性成分を、塩基性分散媒を含有する無菌ビヒクル、および上記で列挙されたうち必要な他の成分に組み込むことによって調製される。無菌注射溶液の調製用の無菌粉末の場合、好ましい調製方法は、先に滅菌濾過された溶液から、活性成分に任意のさらなる所望の成分を加えた粉末をもたらす、真空乾燥および凍結乾燥技術である。粉末は、粒子が本質的に多孔性である様式で調製することができ、これにより粒子の溶解が増加しうる。多孔性粒子を作製するための方法は、当技術分野で周知である。
【０１３２】
さらに他の実施形態では、タンパク質ナノケージは、粘膜への局所投与のために製剤化される。局所投与に適した剤形には、クリーム、軟膏、膏薬、スプレー、ゲル、ローション、エマルジョン、液体、および経皮パッチが含まれる。製剤は、経粘膜、経上皮、経内皮、または経皮投与のために製剤化することができる。組成物は、１つまたは複数の化学的浸透促進剤、膜透過剤、膜輸送剤、皮膚軟化剤、界面活性剤、安定剤、およびそれらの組合せを含む。
【０１３３】
一部の実施形態では、タンパク質ナノケージは、溶液もしくは懸濁液などの液体製剤、ローションもしくは軟膏などの半固形製剤、または固形製剤として投与することができる。一部の実施形態では、タンパク質ナノケージは、点眼液などの溶液および懸濁液を含む液体として、または、眼、膣もしくは直腸などの粘膜への局所適用のための軟膏もしくはローションなどの半固形製剤として、製剤化される。
【０１３４】
浸透促進剤の適切なクラスは、当技術分野で公知であり、脂肪アルコール、脂肪酸エステル、脂肪酸、脂肪アルコールエーテル、アミノ酸、リン脂質、レシチン、コール酸塩、酵素、アミンおよびアミド、複合化剤（リポソーム、シクロデキストリン、変性セルロース、およびジイミド）、大環状ラクトンなどの大環状物、ケトン類、ならびに無水物および環状尿素、界面活性剤、Ｎ−メチルピロリドンおよびその誘導体、ＤＭＳＯおよび関連化合物、イオン性化合物、アゾンおよび関連化合物、ならびにアルコール、ケトン、アミド、ポリオール（例えば、グリコール）などの溶媒を含むがこれらに限定されない。
【０１３５】
緩衝剤は、組成物のｐＨを制御するために使用される。好ましくは、緩衝剤は、ｐＨ約４〜ｐＨ約７．５、より好ましくはｐＨ約６〜ｐＨ約７．５、最も好ましくはｐＨ約６．５〜ｐＨ約７．４に組成物を緩衝する。好ましい実施形態では、緩衝剤は、リン酸緩衝食塩水である。
【０１３６】
保存剤は、真菌および微生物の増殖を防止するために使用することができる。適切な抗真菌剤および抗微生物剤としては、安息香酸、ブチルパラベン、エチルパラベン、メチルパラベン、プロピルパラベン、安息香酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、ベンジルアルコール、塩化セチルピリジニウム、クロロブタノール、フェノール、フェニルエチルアルコール、およびチメロサールが含まれるが、これらに限定されない。
【０１３７】
適切な経口剤形には、錠剤、カプセル剤、液剤、懸濁剤、シロップ剤、およびトローチ剤が含まれる。錠剤は、当技術分野で周知の圧縮または成形技術を使用して作製することができる。ゼラチンまたは非ゼラチンカプセル剤は、当該分野で周知の技術を使用して、液体、固体、および半固体充填材料をカプセル化することができる硬質または軟質カプセルシェルとして調製することができる。これらは、好ましくは、胃を通過する際の分解を避けるために腸溶コーティングされる。
【０１３８】
製剤は、希釈剤、保存剤、結合剤、滑剤、崩壊剤、膨潤剤、充填剤、安定剤、およびそれらの組合せを含む、１つまたは複数の薬学的に許容される賦形剤を使用して調製することができる。
【０１３９】
可塑剤、顔料、着色剤、安定剤、および流動促進剤を含む賦形剤も、経腸投与のためのコーティング組成物を形成するために使用することができる。製剤は、「Pharmaceutical  dosage  form  tablets」、Libermanら編、（New  York、Marcel  Dekker,  Inc.、１９８９年）、「Remington-The  science  and  practice  of  pharmacy」、第２０版、Lippincott  Williams  &  Wilkins、Baltimore、ＭＤ、２０００年、および「Pharmaceutical  dosage  forms  and  drug  delivery  systems」、第６版、Anselら（Media、PA:  Williams  and  Wilkins、１９９５年）などの標準的な参考文献に記載されているように調製することができる。これらの参考文献は、錠剤およびカプセル剤、ならびに錠剤、カプセル剤および顆粒の遅延放出剤形を調製するための賦形剤、材料、装置およびプロセスに関する情報を提供する。
【０１４０】
ＩＩＩ．タンパク質ナノケージを作製する方法
Ａ．タンパク質発現またはペプチド合成
タンパク質、タンパク質断片、またはポリペプチドは、天然供給源からの単離、または好ましくは組換え生産によって得ることができる。固有の腫瘍標的能力を有するまたは標的特異性を含むように組換え的に設計されたタンパク質をコードする核酸を使用して、細菌または真核生物宿主細胞（例えば、昆虫、酵母、または哺乳動物細胞）を形質転換またはそれに形質導入またはトランスフェクトすることができる。ポリペプチドを発現および産生するために有用な原核細胞および真核細胞系は、当技術分野で周知である。
【０１４１】
あるいは、一部のポリペプチドは、固相ペプチド合成プロセスで合成される。固相ペプチド合成は、アミノ酸残基を固体支持体上に固定化したペプチドに加える、公知のプロセスである。
【０１４２】
Ｂ．タンパク質ナノケージの組織化
図１Ａは、低ｐＨで分解し、中性ｐＨで再組織化するＦＴｎの概略図である。本方法は、異なる環境（例えば、ｐＨおよび尿素の濃度）での自己組織化、分解および再組織化を使用して粘膜浸透性タンパク質ナノケージを形成する。異なる修飾（例えば、表面改変剤との会合、治療剤との会合、またはイメージング剤で標識）を有するタンパク質分子は、ユーザーが選択した比率で混合することができる。複数の自己組織化タンパク質またはその組織化されたナノケージ（その複数の少なくとも３０％、４０％または５０％が粘膜浸透増強材料を含んでいる）を溶液中で混合する；ｐＨを強い酸性（例えば、ｐＨ２）または塩基性に調整するおよび／または尿素を添加して、タンパク質ナノケージを分解する；ならびにｐＨおよび／または尿素調節タンパク質溶液を中性またはほぼ中性のｐＨに調整しておよび／または尿素を除去して粘膜浸透性タンパク質ナノケージを形成する。下記の実施例１は、タンパク質ナノケージの組織化を実証する。
【０１４３】
好ましい実施形態では、表面改変剤は、組織化されてタンパク質ナノケージを形成するタンパク質分子の単位に共有結合している。例えば、ヒトフェリチン重鎖の配列において、第一級アミンを含有する１４個のアミノ酸およびチオールを含有する３個のアミノ酸が、ＰＥＧ、色素および／または薬物をコンジュゲーションするために利用可能である。アミン媒介バイオコンジュゲーション技術によって修飾されたＰＥＧの密度は、それぞれヒト天然の重鎖フェリチンタンパク質および関連フェリチンナノケージのそれぞれにおいて、チオール媒介バイオコンジュゲーション技術によって修飾されたものよりも高い。フェリチンナノケージにおける高い表面ＰＥＧ密度のために、アミン基を介したＰＥＧ化が一般的に好ましい。
【０１４４】
タンパク質ナノケージは、異なる環境（例えば、ｐＨ）での自己組織化、分解および再組織化に従順であるので、異なる機能を有するタンパク質分子の単位を、ユーザーが選択した比率で混合することができる。例えば、非ＰＥＧ化フェリチン分子は、ＰＥＧ化フェリチン分子と９：１、８：２、７：３、６：４、５：５、４：６、３：７、２：８、１：９および０：１０のモル比率で混合することができ、混合物のｐＨは、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％および１００％のＰＥＧ化割合でのＰＥＧ化フェリチンナノケージの組織化のために中性またはほぼ中性のｐＨに調整される。また非ＰＥＧ化フェリチンナノケージおよびＰＥＧ化フェリチンナノケージを、指定された比率で中性またはほぼ中性のｐＨで混合することができ、混合物のｐＨは、ナノケージの分解およびタンパク質単位の混合のために酸性（例えば、ｐＨ２．０）に調整され、さらにハイブリッドフェリチンナノケージの組織化のために中性またはほぼ中性（ｐＨ７．４）に調整される。また共有結合された薬物、蛍光色素および他の追跡用標識などの他の機能を有するフェリチンタンパク質分子を、非修飾フェリチンおよび／またはＰＥＧ化フェリチンと混合して、ハイブリッドフェリチンナノケージを形成することができる。
【０１４５】
ＩＶ．タンパク質ナノケージを使用する方法
表面改変タンパク質ナノケージは、腫瘍組織全体にわたる活性薬剤の送達を増強することができる。表面改変剤は、一般的に、タンパク質ナノケージのために中性またはほぼ中性の表面電荷（例えば、約−１０ｍＶ〜約＋１０ｍＶの間）を生じ、これにより、体液およびヒト粘膜バリアを含むｉｎ  ｖｉｖｏ材料を通じた輸送を増強し、粘膜組織に均一に分布することができ、循環中に安定である。これに対して、非コーティングタンパク質ナノケージは、粘膜中で動かなくなるか、または血漿中で凝集する。
【０１４６】
肺気道がんの処置のための化学療法アプローチの多くは、生命を脅かす毒性なしに腫瘍全体に十分な薬物用量を提供することができないために失敗する。粘膜浸透性タンパク質ナノケージは、眼、鼻、肺、消化管、膣およびその他などの異なる粘膜表面に（好ましくは、腫瘍部位に分配して）迅速に浸透し、均一に分布することができる。これにより、活性薬剤が粘膜で動かないタンパク質ナノケージで送達されるならば必要になる投与量は減少する。これらのタンパク質ナノケージは、活性薬剤を、高い局所濃度で送達することができ、粘膜バリアを越える腫瘍組織での深い浸透および健常組織に対する腫瘍組織の選択的標的化により、全用量を減少させることができる。表面改変剤の化学組成、分子量および密度は、タンパク質ナノケージとがん細胞との間の腫瘍標的相互作用を妨げない。したがって、低酸素コアを含む腫瘍組織内の深い浸透および活性薬剤の細胞内送達を実現することができる。
【０１４７】
またタンパク質ナノケージが、腫瘍組織内に深く浸透するだけでなく、腫瘍細胞に効果的に吸収されるため、粘膜浸透性タンパク質ナノケージを使用して、腫瘍組織内の候補薬剤をスクリーニングすることができる。
【０１４８】
タンパク質ナノケージは、腫瘍細胞によって吸収される能力を維持し、ある特定の細胞区画内にのみ薬物ペイロードを放出することができ、腫瘍組織でおよび腫瘍細胞内での深い浸透および特異的なペイロード放出を可能にする。
【０１４９】
一部の実施形態では、治療、予防および／または診断剤でコーティングされたタンパク質ナノケージは、腫瘍を有する患者のための独立型療法として使用される。他の実施形態では、治療、予防および／または診断剤でコーティングされたナノケージは、全身化学療法または免疫療法と組み合わせて補助療法として使用される。
【０１５０】
タンパク質ナノケージの表面のコーティングとしての表面改変剤は、粘膜表面での投与のために適切な粘膜浸透能力を提供するが、コーティングされたタンパク質ナノケージは、静脈内投与などの経路を介した全身送達のためにも適切である。
【０１５１】
本発明は、以下の非限定的な実施例を参照することによって、さらに理解される。
【実施例】
【０１５２】
（実施例１）
フェリチンナノケージ（ＦＴｎ）のＰＥＧ化およびハイブリッドＦＴｎの組織化
材料および方法
組換えヒトフェリチン重鎖
ヒトフェリチン重鎖をコードするプラスミドを、典型的な分子クローニングによって構築した。簡単に述べると、ヒトｃＤＮＡを、ＨＣＴ１１６ヒト結腸癌細胞から抽出した。ヒトフェリチン重鎖をコードする遺伝子を、フォワードプライマー（５’−ＣＧＣＣＡＴＡＴＧＡＣＧＡＣＣＧＣＧＴＣＣＡＣＣＴＣＧ−３’、配列番号３）およびリバースプライマー（５’−ＣＣＧＣＴＣＧＡＧＴＴＡＧＣＴＴＴＣＡＴＴＡＴＣＡＣＴＧＴＣＴＣＣＣＡＧＧＧＴ−３’、配列番号４）を使用するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）により増幅した。ＰＣＲ産物を、その後、ＮｄｅＩおよびＸｈｏＩを制限部位として使用してｐＥＴ−２１ａ（＋）プラスミドにクローニングし、得られたプラスミドベクターを、Ｅ．ｃｏｌｉ  ＢＬ２１に形質転換した。ｐＥＴ−２１ａ（＋）フェリチン重鎖プラスミドで形質転換されたＥ．ｃｏｌｉの１Ｌ培養物を、１００μｇ／ｍＬアンピシリンを含有するＬＢ培地で、約０．８のＯＤ６００まで増殖させた。タンパク質産物を、１ｍＭのＩＰＴＧによって４時間誘導させ、その後、細胞を、遠心分離によって回収した。超音波処理後、Ｔｒｉｓ−Ｃｌ緩衝剤（２０ｍＭ、ｐＨ７．４）中の細胞溶解物を遠心分離してＥ．ｃｏｌｉデブリスを除去した。上清を６０℃で１０分間加熱して、内在性Ｅ．ｃｏｌｉタンパク質を沈殿させた。得られた上清を、次いでＳｕｐｅｒｏｓｅ６カラム（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ）を用いたゲル濾過クロマトグラフィー（ＧＦＣ）に付し、精製ＦＴｎタンパク質を得た。精製されたＦＴｎを、抗フェリチン重鎖Ａｂ（Ａｂｃａｍ）を使用して、ウエスタンブロットアッセイによって確認した。
【０１５３】
ヒトフェリチン重鎖の配列を、配列番号２に示す。
【０１５４】
ＦＴｎの特性決定
中性ｐＨでのＦＴｎのケージ様ナノ構造を、１％酢酸ウラニルでネガティブ染色後、Ｈｉｔａｃｈｉ  Ｈ７６００透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって特性決定した。ＦＴｎ濃度を、Ｂｉｏ−Ｒａｄタンパク質アッセイキット（Ｂｉｏ−Ｒａｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）によって決定した。
【０１５５】
ＦＴｎの表面上のＰＥＧ化または蛍光色素とのコンジュゲーション
ＦＴｎの表面にＰＥＧを密にコンジュゲートするために、ＮＨＳ−アミン反応により、（ＭｅＯ）−ＰＥＧ−スクシンイミジルエステル（分子サイズ、２、５および１０ｋＤ；Ｃｒｅａｔｉｖｅ  ＰＥＧＷｏｒｋｓ）をナノケージに共有結合的に修飾した。簡単に述べると、異なるＭＷを有する５００モル当量のｍＰＥＧ−ＮＨＳを、ＦＴｎ溶液（ＰＢＳ、ｐＨ７．４）に加えた。溶液をロータリーインキュベーター上に４時間置き、次いで遠心分離によって濃縮した（Ａｍｉｃｏｎ  Ｕｌｔｒａ−０．５ｍＬ  ３０Ｋ  ＭＷＣＯ；Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ）。ＰＥＧ化ＦＴｎを精製し、ＰＤ−１０脱塩カラム（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ）によって回収した。ナノケージあたりの表面ＰＥＧの数を決定するために、ＦＩＴＣ−ＰＥＧ−ＮＨＳ（Ｅｘ  ４８５ｎｍ、Ｅｍ  ５２８ｎｍ、ＭＷ２０００；ＮＡＮＯＣＳ）を、ＦＴｎに等しくコンジュゲートした。密度を、蛍光定量的に決定した（Suk  JSら、Advanced  Drug  Delivery  Reviews、９９巻（Pt  A）：２８〜５１頁、Ｅｐｕｂ  ２０１５年）。他の試験のための蛍光標識のために、Ｃｙ５（Ｅｘ  ６５０ｎｍ、Ｅｍ  ６７０ｎｍ；ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ）またはＡＦ４８８（Ｅｘ  ４９０ｎｍ、Ｅｍ  ５２５ｎｍ；Ｌｉｆｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）のいずれかの色素の１００モル当量をＦＴｎと反応させ、その後、ＰＤ−１０脱塩カラムを使用して精製した。
【０１５６】
再組織化およびハイブリッドＦＴｎの特性決定
非ＰＥＧ化ＦＴｎ、蛍光標識ＦＴｎ（ＡＦ４８８またはＣｙ５標識ＦＴｎのいずれか）およびＦＴｎ−ＰＥＧｘ（ｘ＝２、５または１０ｋＤａ）を含む様々なＦＴｎ種を、ｐＨ＝２で分解し、様々なブレンド比で再組織化してハイブリッドＦＴｎを得た。典型的には、異なるＦＴｎ種を、指定されたモル比で、最終タンパク質濃度０．４μＭで、ＰＢＳ（ｐＨ７．４）中で混合し、ｐＨを２に調整することによってサブユニットに分解した。２０分のインキュベーション後、ｐＨを調整して７．０〜７．４に戻した。混合物を、ナノケージの再組織化のために一晩インキュベートして、ハイブリッドＦＴｎを導いた。最適化処理に基づいて、ＰＥＧ化ＦＴｎ（つまり、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧｘ）を、全ての試験で、５０％のＦＴｎ−ＰＥＧｘと配合した。ＰＥＧ化ＦＴｎの蛍光標識のために、非ＰＥＧ化ＦＴｎの半分を蛍光標識ＦＴｎ（つまり、２５ｍｏｌ％ＦＴｎ、２５ｍｏｌ％蛍光標識ＦＴｎ、および５０ｍｏｌ％ＰＥＧ化ＦＴｎ）と置き換えた。
【０１５７】
ハイブリッドＦＴｎの特性決定
ＦＴｎおよび分解されたＦＴｎの流体力学的直径（ＨＤ）を、以前の報告（Choi  HSら、Nature  Nanotechnology、５巻、４２〜４７頁（２０１０年）；Huang  Xら、ACS  Nano、７巻、５６８４〜５６９３頁（２０１３年））に従って、Ｓｕｐｅｒｏｓｅ６カラムを備えたＧＦＣによって分析した。簡単に述べると、Ｍ１（チログロブリン；６６９ｋＤａ、１８．８ｎｍ  ＨＤ）、Ｍ２（γ−グロブリン；１５８ｋＤａ、１１．９ｎｍ  ＨＤ）、Ｍ３（オボアルブミン；４４ｋＤａ、６．１３ｎｍ  ＨＤ）、Ｍ４（ミオグロビン；１７ｋＤａ、３．８３ｎｍ  ＨＤ）およびＭ５（ビタミンＢ１２；１．３５ｋＤａ、１．４８ｎｍ  ＨＤ）を含む公知のＨＤ（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）を用いてタンパク質標準を、ＧＦＣを使用して分析し、次いでＨＤ対保持時間の標準曲線を確立した。
【０１５８】
またハイブリッドＦＴｎを、ゲル電気泳動によって特性決定した。ＵＶ光励起によるゲルからのシグナルの検出を可能にするために、ＡＦ４８８標識ハイブリッドＦＴｎをこの試験のために使用した。標識ＦＴｎを、電気泳動により０．５％アガロースゲルで電気泳動後に分析した。
【０１５９】
ＰＥＧ−ＦＴｎ上のＰＥＧ表面密度を評価するために、ハイブリッドナノケージを、ＦＴｎおよびＦＩＴＣ標識ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋで製剤化した。ＰＥＧ−ＦＴｎあたりのＰＥＧ鎖の数を、蛍光定量的に決定した。
【０１６０】
結果
組換えＦＴｎを、ヒト天然フェリチン重鎖をコードするカスタムメイドのプラスミドを用いて細菌細胞を形質転換することによって作製した。その後、精製ＦＴｎが、酸性条件下で制御されたケージ解離を生じ、中性ｐＨで再組織化することが確認された。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、ＦＴｎはｐＨ７．４で単分散ナノケージとして存在するが、ＦＴｎはｐＨ２で個々のサブユニットに解離し、ｐＨを７．４に戻したときに再組織化されてナノケージを形成することが明らかにされた（図１Ａ）。サイズ排除クロマトグラフィー分析により、ｐＨ７．４でのＦＴｎが、ｐＨ２でのＦＴｎより早く溶出することが示された（図１Ｂ）。ｐＨ７．４およびｐＨ２でのＦＴｎの直径を、既知のサイズのタンパク質標準についての保持時間の標準曲線から計算し（図１Ｃ）、ｐＨ７．４で１３．２ｎｍのサイズの単一のピーク、およびｐＨ２．０で１．８〜５．４ｎｍのサイズ範囲を有するブロードなピークを得た。
【０１６１】
ＰＥＧを、中性ｐＨで、ＦＴｎの外表面に露出した第一級アミンにコンジュゲートさせた。各フェリチン重鎖は、配列分析に基づいて、１４個の第一級アミンと、ナノケージに自己組織化される２４鎖のフェリチンを有した。各ＦＴｎに、３３６個の第一級アミンが存在している。５００：１（ＰＥＧ：ＦＴｎ）の反応モル比でコンジュゲートされた２ｋＤａのＰＥＧ（ＰＥＧ２ｋ）の表面密度は、蛍光定量的に、ＰＥＧ約０．４個／ｎｍ２と決定された。この値は、ＦＴｎあたり約１９０個のＰＥＧに相当する。同様に、５および１０ｋＤａのＰＥＧ（それぞれＰＥＧ５ｋおよびＰＥＧ１０ｋ）を、ＦＴｎの別のアリコートにコンジュゲートした。全てのＰＥＧ化ＦＴｎ（ＦＴｎ−ＰＥＧｎと示し、式中、ｎ＝ＰＥＧの分子量である。例えば、２ｋＤａのＰＥＧでのコンジュゲーションは、ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋと示した）は、ＴＥＭ下のＰＥＧ化前のＦＴｎと同様に見えるケージ様構造を示した。ＰＥＧ化は、ＦＴｎの再組織化に影響を与えない。
【０１６２】
１００：１（Ｃｙ５：ＦＴｎ）の反応比でコンジュゲートした蛍光色素Ｃｙ５の表面密度は、ＦＴｎあたり約２３個の色素分子であった。１００：１（ＡＦ４８８：ＦＴｎ）の反応比でコンジュゲートした別の蛍光色素ＡＦ４８８（ＦＴｎ−ＡＦ４８８と示す）の表面密度は、ＦＴｎあたり約３２個であった。
【０１６３】
ＦＴｎが分解された後、別の種類のＦＴｎが再組織化された。例えば、ＦＴｎ−ＡＦ４８８およびＦＴｎ−ＰＥＧｘは、ｐＨ２．０でサブユニットに分解され、ｐＨ７．４でハイブリッドナノケージに再組織化された（図１Ｄ）。ＦＴｎ−ＡＦ４８８、ＦＴｎおよびＦＴｎ−ＰＥＧｘは、ｐＨ２．０でサブユニットに分解され、ｐＨ７．４で３種類のナノケージそれぞれからのサブユニットを含むハイブリッドナノケージに再組織化された（図１Ｅ）。ＴＥＭ分析により、ブレンド処理が、ケージ様ハイブリッドＦＴｎの形成を混乱させなかったことが確認された。ゲル電気泳動により、ＰＥＧ化ＦＴｎの割合の増加またはハイブリッドＦＴｎを作製するために使用されるＰＥＧのＭＷが増加すると、ゲルの実行速度が低下することが確認され、ＰＥＧ化ＦＴｎの全体的ＭＷが増加したことの証拠が示された。
【０１６４】
ＦＴｎの固有の標的能力への影響を最小限とするために、その後の実験は、他に言及しない限り、ＦＴｎおよびＦＴｎ−ＰＥＧｘを１：１のモル比で含有するハイブリッドＦＴｎ（ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧｘ）を用いて行った。その理由は、その比率のものが、ＰＥＧコンジュゲーションの無い純粋なＦＴｎと比較して最小限にしか腫瘍細胞への標的能力に対する有害な効果を示さなかったからである。理論的には、５０ｍｏｌ％のペグ化ＦＴｎの包含は、ＰＥＧ約０．２個／ｎｍ２の表面ＰＥＧ密度に至るはずであり、このＰＥＧ密度は、ＰＥＧのブラシ様コンフォメーションを導くことが予測された（Xu  Qら、ACS  Nano、９巻、９２１７〜９２２７頁（２０１５年））。蛍光測定により、ＰＥＧ表面密度が、５０ｍｏｌ％のＦＴｎおよび５０ｍｏｌ％のＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋを含むハイブリッドナノケージについてＰＥＧ約０．２４±０．０３個／ｎｍ２であることが決定された。これは、以下の式（式中、ＤはＰＥＧ−ＦＴｎの平均直径である）によって計算した：
［Γ］＝ＰＥＧ分子÷［４π（Ｄ／２）２］。
【０１６５】
非拘束ＰＥＧ表面被覆面積全体［Γ］の粒子表面積全体［ＳＡ］に対する比率［Γ／ＳＡ］は、表面ＰＥＧのコンフォメーションを決定する：［Γ／ＳＡ］＜１および［Γ／ＳＡ］≧１であるとき、それぞれ、低密度マッシュルームおよび高密度ブラシレジームである（Xu  Qら、ACS  Nano、９巻、９２１７〜９２２７頁（２０１５年）；Auguste  DT、Biomaterials、２７巻、２５９９〜２６０８頁（２００６年））。簡単に述べると、１つの非拘束ＰＥＧ鎖によって占められる表面積を、ランダムウォーク統計によって計算し、直径ξの球を得た：
ξ＝０．７６ｍ１／２［Å］
式中、ｍは、ＰＥＧ鎖のＭＷであり、１つのＰＥＧ分子によって占められる表面積は、π（ξ／２）２によって決定することができる。したがって、ＭＷ１０、５および２ｋＤａの非拘束ＰＥＧによって占められる表面積は、それぞれ４５、２３および９ｎｍ２である。次いで、非拘束ＰＥＧ表面積被覆全体［Γ］を、ＰＥＧ鎖あたりの表面で占められる面積に、タンパク質ナノケージあたりのＰＥＧ鎖の合計数を掛けることによって算出した。したがって、［Γ／ＳＡ］比は、２．２±０．３であり、密なブラシレジームにあてはまる。
【０１６６】
（実施例２）
コロイド安定性、腫瘍細胞による吸収、および腫瘍組織浸透に対するＰＥＧ化密度の効果
【０１６７】
材料および方法
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ；２ｋＤａ）ポリマーを、実施例１に記載されるように、ＮＨＳ−アミン反応を介して、ＰＥＧ０．４２個／ｎｍ２でヒト天然重鎖フェリチンナノケージ（ＦＴｎ）にコンジュゲートした。次いで、非ＰＥＧ化およびＰＥＧ化ＦＴｎをｐＨ＝２で分解し、その後、ｐＨ＝７で０、２５、３７．５、５０、７５または８７．５％のＰＥＧ化フェリチンタンパク質で再組織化した。
【０１６８】
様々なＰＥＧ化タンパク質％を有するリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）で再組織化されたナノケージを、０．５％アガロースゲル中での電気泳動によって分析し、任意の凝集について決定を行った。ヒト血漿中のＦＴｎの安定性を試験するために、電気泳動前に、再組織化されたＦＴｎ産物を、１０％ヒト血漿と１時間３７℃でインキュベートした。
【０１６９】
ＦＴｎの腫瘍細胞による吸収および腫瘍組織浸透に対するＰＥＧ表面密度の効果を、それぞれ３ＬＬ細胞培養および三次元（３Ｄ）腫瘍スフェロイドを使用して試験した。実施例４に記載される詳細な手順を参照。顕微鏡可視化および定量のために、蛍光色素Ｃｙ５を、ＦＴｎにコンジュゲートした。
【０１７０】
この試験の主な目的は、トランスフェリン受容体（ＴｆＲ−１）を介して腫瘍細胞を標的とするＦＴｎの固有の能力を保持しながら、ＰＥＧの所望の利益（つまり、コロイド安定性、非特異的接着相互作用に対する抵抗性など）をもたらす最適なＰＥＧ密度を同定することであった。
【０１７１】
結果
非ＰＥＧ化フェリチンとの混合物におけるＰＥＧ化フェリチンのｍｏｌ％をより高くすると、非ＰＥＧ化およびＰＥＧ化ＦＴｎと形成された再組織化されたナノケージにおけるＰＥＧ表面密度はより大きくなった。
【０１７２】
【表１】
2019533645.tif 000004
【０１７３】
非ＰＥＧ化ＦＴｎは、凝集し、電気泳動の間にウェル中に付着し、中程度のＰＥＧ化ＦＴｎも同様であった。対照的に、≧７５％のＰＥＧ化フェリチンタンパク質（つまり≦２５％の非ＰＥＧ化フェリチンタンパク質）で製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎは、凝集に抵抗し、効率的にゲルを通って移動した。これらの知見は、密なＰＥＧ化が、生理学的に関連する条件で、ＦＴｎの増強されたコロイド安定性をもたらしたことを示した。
【０１７４】
高い表面ＰＥＧ密度は、それぞれのフェリチン上の豊富な第一級アミンによって達成した。実施例１で詳述したように、各フェリチン上の１４個のアミン基が、ＰＥＧとのＮＨＳ−アミン媒介コンジュゲーションのために利用可能であった。これは、フェリチン上のＰＥＧのコンジュゲーションのためにチオール−マレイミド化学を利用する従来技術とは違いがあり、その理由は、各ヒト天然重鎖フェリチンタンパク質には３つのチオール基しかないためである。
【０１７５】
図２Ａは、ＰＥＧ密度の増加が、３ＬＬ細胞によるＦＴｎの吸収をわずかに減少させたことを示す。５０％ＰＥＧ化フェリチンタンパク質で製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎは、非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較して、８０％を超える腫瘍細胞による吸収を保持した。７５％ＰＥＧ化フェリチンタンパク質で製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎは、非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較して、およそ８０％の腫瘍細胞による吸収を保持した。
【０１７６】
３Ｄ腫瘍スフェロイドの切片の蛍光顕微鏡イメージングは、腫瘍スフェロイド内に深く浸透した中程度および密なコーティングＰＥＧのＦＴｎを示した。図２Ｂは、腫瘍スフェロイド内のタンパク質ナノケージの全体量（つまり、３Ｄ腫瘍浸透）が、蛍光色素標識ＦＴｎの強度によって示されるように、ＰＥＧ化無し、または中程度のＰＥＧ化のＦＴｎと比較して、密な（例えば、≧７５％）ＰＥＧ化ＦＴｎでは有意に大きかったことを示す。
【０１７７】
（実施例３）
ＰＥＧ化ＦＴｎのｉｎ  ｖｉｖｏ気道分布
材料および方法
ＰＥＧ表面コーティングを有するまたは有さないＣｙ５標識ＦＴｎの気道分布を、マウスにおける鼻腔内投与後に調べた。全ての実験は、施設内動物管理使用委員会によって承認された。
【０１７８】
雌のＣＦ−１マウス（６〜８週齢）を、イソフルラン（酸素中２％）の連続流下で麻酔した。ＰＥＧ修飾無しまたは有りのＣｙ５標識ＦＴｎ（５μＭ）の溶液５０μＬを、異なるマウスの肺に鼻腔内注入を介してそれぞれ投与した。投与されたものは、４つの群のうちの１つを含んでいた：（１）Ｃｙ５標識ＦＴｎ、（２）Ｃｙ５標識ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ（ＰＥＧ  ＭＷ＝２ｋＤａ）、（３）Ｃｙ５標識ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋ、および（４）Ｃｙ５標識ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ１０ｋ。投与の１０分後、マウスを屠殺し、肺全体（気管を含む）を取り出し、Ｔｉｓｓｕｅ−Ｔｅｋ最適切削温度化合物（Ｓａｋｕｒａ  Ｆｉｎｅｔｅｋ）中で凍結させた。気管を、１０μｍの切片厚さで、Ｌｅｉｃａ  Ｃｒｙｏｓｔａｔ（Ｌｅｉｃａ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ）上で切片化した。切片を、Ｐｒｏｌｏｎｇ  Ｇｏｌｄ退色防止剤と共にＤＡＰＩ（Ｌｉｆｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）で染色し、切片の蛍光画像を、Ｚｅｉｓｓ共焦点顕微鏡を使用して得た。粒子分布を定量するために、取得された画像を、以前に報告された画像ベースの分析法（Mastorakos  Pら、Proc  Nat  Acad  Sci  USA、１１２巻（２８号）：８７２０〜５頁（２０１５年））に従って分析した。簡単に述べると、個々の動物から採取した肺について、１０倍の倍率で少なくとも１０枚の蛍光画像を取得した。画像をＩｍａｇｅＪソフトウェアで定量した。気道における平均被覆率および全粒子を、各マウスについて決定し、次いでこれらの値を、ｎ＝４のマウスの群に対して平均した。
【０１７９】
結果
非ＰＥＧ化ＦＴｎは、粘膜ゲル層に凝集し、したがって気道にまばらに分布していた。対照的に、ＰＥＧ化ＦＴｎは、２、５または１０ｋＤａのＰＥＧ  ＭＷに関係なく、マウスの肺における粘膜で覆われた大きな気道（つまり、気管）全体にわたって均一かつ広範な分布を示した。マウスの気液界面層は、厚さ約５０μｍであるように見える。定量的に、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ１０ｋは、それぞれマウス気管表面の７７±８％、８０±８％および７４±８％を被覆し、これに対し、非ＰＥＧ化ＦＴｎは、５０±９％のみであった（ｐ＜０．０１）（図２Ｃ）。ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋは、全体的な蛍光強度の定量によって決定されるように、非ＰＥＧ化ＦＴｎと比較して、肺気道でより高いレベルを保持した（図２Ｄ）。これは、ポリマーベースのＤＮＡナノ粒子を用いた以前の観察と一致した（Suk  JSら、J  Control  Release、１７８巻：８〜１７頁（２０１４年））。
【０１８０】
（実施例４）
低ＭＷのＰＥＧ化は、ＦＴｎのがん細胞標的能力または腫瘍スフェロイドにおけるその浸透を妨げない。
材料および方法
ＦＴＮの細胞内輸送
マウスＬｅｗｉｓ肺癌（３ＬＬ）細胞を、様々な濃度（０、５、１０、２０、４０または８０ｎＭ）のＣｙ５標識ＦＴｎと２時間インキュベートした。その後、細胞を、製造業者のプロトコルに従って、ｖｉｂｒａｎｔ（登録商標）ＤｉＯ細胞標識溶液（Ｌｉｆｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）と１０分間インキュベートした（細胞膜および脂質での細胞内局在）。ＰＢＳで３回洗浄した後、細胞をＺ−ｆｉｘ溶液（Ａｎａｔｅｃｈ）で１５分間固定し、その後、室温で１．５μｇ／ｍＬのＤＡＰＩで染色した。細胞の画像を、Ｚｅｉｓｓ  ＬＳＭ５１０メタ共焦点顕微鏡（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ）で取得し、３ＬＬ細胞によるＦＴｎの吸収を試験した。
【０１８１】
ＦＴｎ製剤の受容体媒介細胞による吸収
様々なＦＴｎ製剤および細胞表面トランスフェリン受容体１（ＴｆＲ１）の特異的相互作用をフローサイトメトリーによって評価した。簡単に述べると、１００μＬの細胞懸濁液（１×１０６細胞／ｍＬ）を、２ｎＭのＣｙ５標識ＦＴｎまたはハイブリッドＦＴｎ、例えばＰＥＧ−ＦＴｎと、１０倍モル過剰の抗ＴｆＲ１  Ａｂ有りまたは無しで、３０分間４℃でインキュベートした。冷ＰＢＳで洗浄した後、細胞をＡｃｃｕｒｉＣ６フローサイトメーター（ＢＤ  Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ）を使用して分析した。さらに、漸増量（範囲：０〜８μＭ）の非ＰＥＧ化ＦＴｎまたは５０％ＰＥＧ化ＦＴｎの存在下でのＣｙ５標識ＦＴｎの結合を、何らかの競合効果を調べるためにアッセイした。データを、ＧｒａｐｈＰａｄ  Ｐｒｉｓｍ（ＧｒａｐｈＰａｄ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ）を使用して、非線形回帰法によって結合曲線に当てはめた。
【０１８２】
正常および低酸素状態でのｉｎ  ｖｉｔｒｏのＴｆＲ１発現
ＴｆＲ１発現を、マウスＬｅｗｉｓ肺癌（３ＬＬ）細胞、マウス筋芽細胞（Ｃ２Ｃ１２、陰性対照としてのＴｆＲ１陰性細胞株）、ヒト小細胞肺がん細胞（ＮＣＩ−Ｈ６９、Ｈ６９−ＡＲおよびＳＷ２１０．５）およびヒト非小細胞肺がん細胞（Ａ５４９、ＮＣＩ−Ｈ４６０、ＮＣＩ−Ｈ１９７５およびＰＣ９）を含む様々なｉｎ  ｖｉｔｒｏの細胞株で、抗ＴｆＲ１抗体（Ａｂ）（ＢＤ  Ｐｈａｒｍｉｎｇｅｎ）を用いたウエスタンブロット分析によって決定した。さらに、３ＬＬ、Ａ５４９、ＰＣ９およびＳＷ２１０．５細胞を、２０％酸素および１％酸素（つまり、低酸素状態）でインキュベートしたときの発現を決定した。
【０１８３】
多細胞腫瘍スフェロイド
異なるがん細胞株からなる多細胞腫瘍スフェロイドモデルを、以前に報告されたプロトコル（Friedrich  Jら、Nature  Protocols、４巻：３０９〜３２４頁（２００９年））の修正によって調製した。簡単に述べると、１．５％アガロース（重量／体積）を含有する５０μＬのＤＭＥＭ培地を、無菌条件下で９６ウェルマイクロタイタープレートの各ウェルに播種した。アガロースが固化した後、プレートを、使用するまで室温で保存した。浸透試験のために、５×１０３個の細胞を、アガロースめっき９６ウェルプレートに播種した。４〜５日間培養して多細胞腫瘍スフェロイド（直径４００〜５００μｍ）を得た後、腫瘍スフェロイドをガラス底の皿に注意深く移した。その後、Ｃｙ５標識ＦＴｎまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧｘ（ｎ＝２、５および１０ｋＤａ）を４０ｎＭで皿に加えた。２時間のインキュベーション後、細胞を、約１０μｍの間隔で、Ｚ−ｓｔａｃｋイメージングを用いた共焦点顕微鏡を使用して観察した。ＦＴｎがスフェロイドに浸透するメカニズムを理解するために、競合結合アッセイを、３ＬＬ細胞スフェロイドとＣｙ５標識ＦＴｎとを、１０倍モル過剰の非標識ＦＴｎの非存在下または存在下のいずれかで、１時間インキュベートすることによって行った。ＴｆＲ１−依存性の浸透を試験するために、多細胞スフェロイドを、Ｃｙ５標識ＦＴｎまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋと、１０倍モル過剰の抗ＴｆＲ１  Ａｂの非存在下または存在下で１時間インキュベートした。スフェロイドの３Ｄ画像を、ＺＥＮ顕微鏡ソフトウェア（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ）によって再構築した。浸透距離を分析するために、半径方向の強度分布プロファイルを、カスタムメイドのＭＡＴＬＡＢコードを使用して決定した：ここで、ａ腫瘍は、個々のスフェロイドの半径であり、ｒは、スフェロイド中心からの半径方向の距離である（ｒ／ａ腫瘍＝０および１は、それぞれ腫瘍スフェロイドの中心および縁部を示す）。腫瘍スフェロイドの半径（つまり、ａ腫瘍）の差異は、処置条件の変化にかかわらず、統計学的に有意でなかった。シグナル強度の定量分析を、ＩｍａｇｅＪソフトウェア（ＮＩＨ）を用いて行った。
【０１８４】
結果
ＦＴｎの主要な受容体であるＴｆＲ１についてのウエスタンブロット分析プロービングにより、ＮＣＩ−Ｈ６９、Ｈ６９−ＡＲ、およびＳＷ２１０．５細胞株を含むヒト小細胞肺がん（ＳＣＬＣ）細胞株ならびにＡ５４９、ＮＣＩ−Ｈ４６０、ＮＣＩ−Ｈ１９７５およびＰＣ９細胞株を含むヒト非小細胞肺がん（ＮＳＣＬＣ）細胞株でＴｆＲ１発現が確認された。発現は、３ＬＬ、Ａ５４９、ＰＣ９およびＳＷ２１０．５細胞で示されるように、２０％酸素条件に比べて、低酸素条件（すなわち、１％酸素）で一様に上昇した。
【０１８５】
共焦点顕微鏡イメージングにより、Ｃｙ５標識ＦＴｎは、マウスＬｅｗｉｓ肺癌（３ＬＬ）細胞によって効率的に吸収されたことが確認された。フローサイトメトリー分析における細胞内の蛍光シグナル強度によって示されるように、３ＬＬによるＣｙ５標識ＦＴｎの吸収は、Ｃｙ５標識ＦＴｎが０、５、１０、２０、４０および８０ｎＭの間で増加するにつれて増加した（図３Ａ）。ＦＴｎ−Ｃｙ５吸収は、抗ＴｆＲ１抗体（Ａｂ）の存在下において観察される有意に減少した吸収によって確認されるように（図３Ｂ）、ＦＴｎとＴｆＲ１との間の特異的相互作用によって媒介された。ＦＴｎは、同じメカニズムによって、別のＴｆＲ１陽性ヒト肺がん細胞株Ａ５４９によって吸収された（図３Ｂ）。ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋ（ｐ＜０．０５）およびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ１０ｋ（ｐ＜０．０１）を含む、ＰＥＧのＭＷが高いＰＥＧ化ＦＴｎの吸収は、ＦＴｎの吸収と比較して有意に減少した；対照的に、ＦＴｎとＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋとの吸収の差異は統計学的に有意でなかった（図３Ｃ）。また競合結合分析により、ＦＴｎおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋが３ＬＬ細胞に同程度に結合したことが明らかになった（図３Ｄ）。さらに、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋは、マウス筋芽細胞（Ｃ２Ｃ１２）、ヒト小細胞肺がん細胞（ＮＣＩ−Ｈ６９、Ｈ６９−ＡＲおよびＳＷ２１０．５）、およびヒト非小細胞肺がん細胞（Ａ５４９、ＮＣＩ−Ｈ４６０、ＮＣＩ−Ｈ１９７５およびＰＣ９）を含むいくつかのＴｆＲ１陽性肺がん細胞によって効率的に吸収された（図３Ｅ〜３Ｋ）。
【０１８６】
３ＬＬ細胞を用いて形成される三次元腫瘍スフェロイドを形成して、腫瘍組織を通るＣｙ５標識ＦＴｎの浸透に対するＰＥＧ化の効果を検討した。多細胞腫瘍スフェロイドは、自然に形成された細胞外マトリックス（ＥＣＭ）、低酸素および壊死の領域（Minchinton  AIら、Nature  Reviews  Cancer、６巻：５８３〜５９２頁（２００６年））、ならびに酸素および栄養素の濃度勾配（Lee  GYら、Nature  Methods、４巻：３５９〜３６５頁（２００７年）；Abbott  Aら、Nature、４２４巻：８７０〜８７２頁（２００３年））の存在によって特徴付けられるように、ｉｎ  ｖｉｖｏ腫瘍微小環境を再現する最も一般的に使用されるｉｎ  ｖｉｔｒｏモデルを構成した。スフェロイドの３Ｄ再構築共焦点画像により、ＦＴｎおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋが、コアを含むスフェロイド全体にわたって均一に分布していることが明らかになった。対照的に、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ１０ｋは、主に、腫瘍スフェロイドの周辺近くにあった。平均蛍光シグナル強度は、ＦＴｎとＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋとの間で区別できない一方で、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ５ｋ（ｐ＜０．０５）およびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ１０ｋ（ｐ＜０．０１）は、ＦＴｎ（図４Ａ）と比較して、有意に低い強度を示した。
【０１８７】
腫瘍浸透のメカニズムを理解するために、ＦＴｎおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの浸透を検討した。３Ｄ腫瘍スフェロイドを通じたＣｙ５標識ＦＴｎの浸透は、過剰量の非標識ＦＴｎ（ｐ＜０．０１）の存在下で有意に減少した（図４Ｂ）。３Ｄ構築腫瘍スフェロイドにおけるＦＴｎおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの平均蛍光シグナル強度は、抗ＴｆＲ１  Ａｂの存在下でも有意に減少した（ｐ＜０．０１）（図４Ｃ）。さらにＴｆＲ１依存腫瘍浸透は、図４Ｄおよび図４Ｅにおいてそれぞれ蛍光顕微鏡下および定量で腫瘍スフェロイドの中央セクションにおいて試験されているように、表面から中心へのＦＴｎおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの浸透の有意な減少によって確認された。
【０１８８】
上記実施例の知見に基づいて、ＰＥＧ２ｋを使用して５０％フェリチンおよび５０％ＰＥＧ化フェリチンで形成されたハイブリッドナノケージは、ナノ粒子システムとして、気道粘膜を通じた効率的な浸透およびｉｎ  ｖｉｔｒｏでの効率的な腫瘍スフェロイド浸透をもたらした（以下、ＰＥＧ−ＦＴｎ）。
【０１８９】
ＰＥＧ化ＦＴｎがｉｎ  ｖｉｔｒｏおよびｉｎ  ｖｉｖｏで腫瘍組織に効率的に浸透することは、腫瘍組織内における小さいＰＥＧ化粒子の広範囲の分散を実証する以前の報告とよく一致した（Chauhan  VPら、Nature  Nanotechnology、７巻：３８３〜３８８頁（２０１２年）；Nance  Eら、ACS  Nano、８巻：１０６５５〜１０６６４頁（２０１４年））。しかしながら、密度に加えて、ＰＥＧの分子量を選択することが重要であった。図４Ａに示されるように、非ＰＥＧ化ＦＴｎは、ＰＥＧ−ＦＴｎと同様に効果的に腫瘍全体にわたって分布することができたが、高ＭＷのＰＥＧでのＦＴｎＰＥＧ化は、腫瘍組織に効率的に浸透することができなかった。興味深いことに、図４Ｃ〜４Ｅで示されるように、ＰＥＧ−ＦＴｎの腫瘍浸透は、図３ＢのＰＥＧ−ＦＴｎががん細胞によって吸収されるメカニズムと同様に、ＦＴｎとＴｆＲ１との間の特異的相互作用に関連していた。これらの結果は全体で、ＰＥＧ−ＦＴｎによる効率的な腫瘍浸透がＴｆＲ１依存性トランスサイトーシスを介して生じうることを示したが、腫瘍微小環境内の細胞外空間を通じた単純拡散の関与も完全には排除されなかった。
【０１９０】
（実施例５）
ＰＥＧ化ＦＴｎは、気道粘膜に浸透し、腫瘍細胞による吸収を実現し、腫瘍組織全体に浸透して、ｉｎ  ｖｉｖｏで腫瘍組織内に優先的に局在した。
材料および方法
ｉｎ  ｖｉｖｏ  ＴｆＲ１発現
ｉｎ  ｖｉｖｏ  ＴｆＲ１発現を、近位肺、遠位肺および３ＬＬ皮下腫瘍を含む異なる組織で評価した。皮下腫瘍組織の調製のために、雌のＣ５７ＢＬ／６マウス（６〜８週齢）に、前右脇腹に１×１０６個の３ＬＬ細胞を皮下移植した。腫瘍組織を、接種１０日後に、ＴｆＲ１発現を評価するために採取した。
【０１９１】
構成的にレポータータンパク質を発現する３ＬＬ細胞
以下のプラスミドを、レポータータンパク質を安定的に発現する細胞を生成するために使用した。ホタルルシフェラーゼＬｕｃ２をコードする遺伝子を、フォワードプライマー（５’−ＣＧＣＣＡＴＡＴＧＡＴＧＧＡＡＧＡＴＧＣＣＡＡＡＡＡＣＡＴＴＡＡＧＡＡＧＧＧＣＣＣ−３’、配列番号５）およびリバースプライマー（５’−ＣＧＧＧＡＴＣＣＣＡＣＧＧＣＧＡＴＣＴＴＧＣＧＣＣＣＴＴ−３’、配列番号６）を使用して、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって増幅した。
【０１９２】
その後、ＰＣＲ産物を、制限部位としてＮｄｅＩおよびＢａｍＨＩを使用して、ｐＬＥＸプラスミド（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）にクローニングした。ｐＲｅｃｅｉｖｅｒ−Ｌｖ１３０プラスミド（ＧｅｎｅＣｏｐｏｅｉａ）を、ｍＣｈｅｒｒｙ発現を達成するために使用した。Ｌｕｃ２またはｍＣｈｅｒｒｙをパッケージングするレンチウイルスを、以下の製造業者のプロトコルに従って、レンチウイルスプラスミド（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を使用して調製した。３ＬＬ細胞を、ウイルスと２４時間インキュベートして（感染多重度は約１）、２μｇ／ｍＬのピューロマイシンによる選択を行った。
【０１９３】
同所性肺腫瘍組織
同所性の確立された肺がん内のＣｙ５標識ＰＥＧ−ＦＴｎの分布を評価するために、マウス（ｎ＝６）を、気管内挿管を介して、ｍＣｈｅｒｒｙ（３ＬＬ−ｍＣｈｅｒｒｙ；Ｅｘ  ５８７ｎｍ、Ｅｍ  ６１０ｎｍ）を安定的に発現する１×１０５の３ＬＬ細胞を接種した。接種１０日後、マウスに、マイクロスプレー（Ｍｏｄｅｌ  ＩＡ−１Ｃ−ＭおよびＦＭＪ−２５０  Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｙｒｉｎｇｅ、Ｐｅｎｎ−Ｃｅｎｔｕｒｙ）を使用して５０μＬのＣｙ５標識ＰＥＧ−ＦＴｎ（５μＭ）を処置した。マウスは、投与後２時間で屠殺し、肺全体を単離し、凍結切片を調製した。３ＬＬ−ｍＣｈｅｒｒｙおよびＰＥＧ−ＦＴｎの共局在を、共焦点顕微鏡で観察した。
【０１９４】
結果
ウエスタンブロット分析により、３ＬＬベースの皮下腫瘍におけるＴｆＲ１の発現は、近位および遠位の肺組織より３０倍を上回って高い（ｐ＜０．０１）ことが確認された（図４Ｆ）。また３ＬＬベースの同所性肺がんモデルにおいて、ＴｆＲ−１は、腫瘍組織においてのみ発現しており、近位および遠位の肺を含む健常肺組織においては無視できる程度にしか発現していなかった（図４Ｇ）。
【０１９５】
肺がんの同所性モデルマウスを、蛍光タンパク質ｍＣｈｅｒｒｙを構成的に発現する３ＬＬ細胞の気管内接種により確立した。Ｃｙ５標識ＰＥＧ−ＦＴｎを、腫瘍細胞接種の１０日後に、マイクロスプレーを介して気管内投与した。蛍光顕微鏡により、同所性腫瘍が、気道に従って確立され、健常な肺実質に浸潤していることが確認された。同所性３ＬＬ肺がん（ｍＣｈｅｒｒｙを発現）を用いて気管内投与されたＰＥＧ−ＦＴｎ（つまりＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ）の共局在を共焦点顕微鏡で確認すると、ＰＥＧ−ＦＴｎが腫瘍組織内で優先的に見出された。
【０１９６】
（実施例６）
腫瘍細胞による吸収後のみに腫瘍組織全体にわたって放出するためのＤＯＸでコンジュゲートしたＦＴｎの粘膜送達
材料および方法
ドキソルビシン（ＤＯＸ）のハイブリッドＦＴｎ／ＰＥＧ−ＦＴｎへのコンジュゲーション
ＤＯＸ分子を、従前に記載されたプロトコル（Yang  HMら、Proc  Nat  Acad  Sci  USA、８５巻：１１８９〜１１９３頁（１９８８年））の修正バージョンを使用して、酸感受性リンカーを介して、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋにコンジュゲートさせた。ＰＥＧ−ＦＴｎは、５０％ＦＴｎおよび５０％ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋから形成されたハイブリッドナノケージを表した。ＤＯＸコンジュゲートＰＥＧ−ＦＴｎは、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸと示される。簡単に述べると、図５Ａに示されるように、３ｍｇのｃｉｓ−アコニット酸無水物（Ｓｉｇｍａ）を１ｍＬのｐ−ジオキサン（Ｓｉｇｍａ）水溶液（ｖ：ｖ＝１：１）に溶解し、その後、２ｍｇの氷冷ＤＯＸ溶液（蒸留水中２ｍｇ／ｍＬ）を加えた。混合物を１時間インキュベートし、１．５ｍｇのＥＤＣを加えて各ＤＯＸ−リンカーコンジュゲートのカルボキシル基を活性化させた。得られた化合物を、Ｃ１８逆相カラムを備えた高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ、Ｖａｒｉａｎ  Ｉｎｃ．）を使用して分析した。続いて３ｍｇのＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ溶液（２ｍｇ／ｍＬ、ｐＨ７．４）を、活性化酸感受性リンカーを用いたＤＯＸ−リンカーコンジュゲートと３時間反応させた。最終生成物を、広範囲で透析し（１０ｋＤａ  ＭＷＣＯ；Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、ＰＤ−１０カラムで精製した。ＦＴｎのＤＯＸに対するモル比を、タンパク質およびＤＯＸ濃度を、それぞれＢｉｏ−Ｒａｄタンパク質アッセイおよび４８０ｎｍでの吸光度測定で測定することによって決定した。得られたＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸを、使用するまで−７０℃で保存した。
【０１９７】
Ｉｎ  ｖｉｔｒｏ薬物放出
ＤＯＸのｐＨ感受性放出を調べるために、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ（２００μＭ  ＤＯＸ、５００μＬ）を透析バッグ（１０ｋＤａ  ＭＷＣＯ）に入れ、ＰＢＳ（ｐＨ７．４）に対して透析した。６日までの指定された時間に、１５０μＬの透析バッグ外溶液を回収し、同量の新鮮なＰＢＳを加え戻した。インキュベーション３日後に、緩衝剤をｐＨ５．０に調整して、ＰＥＧ−ＦＴｎからのＤＯＸ放出を誘導させた。様々な時間点で、放出された遊離ＤＯＸの濃度をＨＰＬＣにより測定した。
【０１９８】
ＦＴｎ製剤の細胞内輸送
３ＬＬ細胞を、１０μＭの担体フリーＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ（１０μＭのＤＯＸ濃度）とインキュベートしたことを除いて、実施例４に記載される通りの手順でアッセイした。細胞内輸送を可視化するために、３ＬＬ細胞を４０ｎＭのＣｙ５標識ＦＴＮ／ＦＴＮ−ＰＥＧ２Ｋと共にインキュベートし、リソソームをＬｙｓｏＴｒａｃｋｅｒ（商標）で染色した。
【０１９９】
多細胞腫瘍スフェロイド
多細胞腫瘍スフェロイドを調製し、実施例４に記載されるように、処置後分析した。腫瘍スフェロイドをガラス底の皿に移した後、ＤＯＸ（１０μＭ）、ＤＯＸ濃度１０μＭのＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸを皿に加えたか、または皿に対して処置しなかった。
【０２００】
ＰＥＧ−ＦＴｎ−ＤＯＸのｉｎ  ｖｉｔｒｏ細胞毒性
細胞毒性を、ルシフェラーゼ発現の光学イメージングによって評価した。ホタルルシフェラーゼを安定的に発現する３ＬＬ細胞（３ＬＬ−Ｌｕｃ）を、様々な濃度のＰＥＧ−ＦＴｎ−ＤＯＸおよびＤＯＸで２４時間処置した。Ｄ−ルシフェリン溶液を添加した後、生物発光イメージングを、Ｘｅｎｏｇｅｎ  ＩＶＩＳ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ光学イメージングシステム（Ｃａｌｉｐｅｒ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）によって取得した。ルシフェラーゼ活性を定量し、ＧｒａｐｈＰａｄ  Ｐｒｉｓｍを使用して非線形回帰にデータを適合させることによってＩＣ５０を決定した。
【０２０１】
３Ｄ細胞スフェロイドの細胞毒性および増殖遅延実験のために、５×１０３個の細胞を、アガロースを含有する９６ウェルプレートに播種した。３日後、腫瘍スフェロイドを、最終ＤＯＸ濃度１０μＭで、ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸで処置し、その大きさを１１日目までモニターした。腫瘍スフェロイドの直径は、示された時間点で、Ｚｅｉｓｓ  Ａｘｉｏｖｅｒｔ２００位相差顕微鏡（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ）で記録した。
【０２０２】
ｉｎ  ｖｉｖｏ抗がん効力試験
肺気道がんを処置するためのＰＥＧ−ＦＴｎ−ＤＯＸの効力を評価するために、無傷の宿主免疫を有する近交系マウスの近位肺がんの侵襲性同所性モデルマウスを確立した。モデルは、小細胞肺がんおよび扁平上皮細胞肺がんに関連させ、肺気道の気管および気管支上皮へのがん細胞の気管内挿管を介して確立した（DuPage  Mら、Nature  protocols、４巻：１０６４〜１０７２頁（２００９年））。簡潔には、雌のＣ５７ＢＬ／６マウス（６〜８週齢）に、２２Ｇ×１”  Ｓａｆｅｌｅｔカテーテル（Ｅｘｅｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）を使用し、気管内挿管を介して、５０μＬのＤＭＥＭ媒体中の２．５×１０４個の３ＬＬ−Ｌｕｃ細胞を接種した。接種３日後に、肺における生物発光シグナルを、Ｘｅｎｏｇｅｎ  ＩＶＩＳ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ光学イメージングシステムを使用して観察した。その後、マウス（群あたりｎ＝１０）を、マイクロスプレーを介した気管内投与された単回用量のＤＯＸ（０．２５ｍｇ／ｋｇ、５０μＬ）またはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ（０．２５ｍｇ／ｋｇ、５０μＬ）で処置した。腫瘍増殖を、ＩＶＩＳイメージングシステムを使用して様々な時間点でモニターし、異なる時間点での肺における生物発光シグナルを、Ｌｉｖｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ（登録商標）（Ｃａｌｉｐｅｒ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）ソフトウェアによって定量的に分析した。マウスの生存を毎日記録し、データをカプラン−マイヤー生存曲線によって分析した。マウスを、がん細胞接種の３日後、ならびにＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの吸入送達の０、４、８および１１日後にモニターした。
【０２０３】
３ＬＬ−Ｌｕｃのルシフェラーゼ活性を、Ｘｅｎｏｇｅｎ  ＩＶＩＳスペクトル光学イメージングシステムによって可視化し、定量した。簡単に述べると、マウスを、Ｏ２中２％イソフルランで麻酔し、１５０ｍｇ／ｋｇの用量でＤ−ルシフェリンのＰＢＳ溶液の腹腔内注射を行った。連続画像を、Ｄ−ルシフェリン投与後５〜２０分の間に取得し、生物発光シグナル強度をＬｉｖｉｎｇ  Ｉｍａｇｅ（登録商標）ソフトウェアによって定量した。
【０２０４】
統計分析
全ての先行する実施例におけるデータを、平均±平均の標準誤差（ＳＥＭ）として示した。統計的有意性は両側スチューデント仮定不等分散によって決定した。差は、ｐ＜０．０５で統計学的に有意とみなした。マウスの生存率の差はログランク検定を使用して分析した。
【０２０５】
結果
ＤＯＸを取り込んだＰＥＧ−ＦＴｎの製剤
主に腫瘍細胞内であるようにＤＯＸの放出を制御するために、気道関連肺がん治療のために広く使用されている化学療法剤を、化学的にＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋに結合させてＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸを形成した。酸感受性リンカーを介してＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋに化学的にコンジュゲートされたＤＯＸ（以下、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ）は、高い薬物取込み量を達成する一方で、細胞内エンドリソソーム小胞などの酸性環境でのみ薬物放出を可能にするように設計した（図５Ａ）。ＨＰＬＣ分析で確認されるように、遊離ＤＯＸの保持時間は約２３分であり、酸活性化ＤＯＸの保持時間は約２１分であった。透過型電子顕微鏡により、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの形態が、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの形態と類似し、同等であることが確認された。表２は、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの流体力学的直径および表面電荷（ζ−電位によって示される）が、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの流体力学的直径および表面電荷と同等であったことを示す。各ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋにコンジュゲートしたＤＯＸ分子の数は８８±５であった。
【０２０６】
【表２】
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【０２０７】
ＤＯＸのｐＨ依存性の放出動態を、様々なｐＨの水溶液中３７℃で、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸをインキュベートすることによって評価した。ｐＨ７．４で３日間にわたって放出されるＤＯＸは無視できるほどであった。しかしながら、ｐＨを５．０に下げると、ＤＯＸの急速な放出が観察され、４時間後にほぼ８０％の最大放出に達した（図５Ｂ）。共焦点画像により、３ＬＬ細胞とインキュベートするとき、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋがリソソームと共局在することが確認された。細胞に添加して２時間後に、遊離ＤＯＸは細胞核にのみ局在したが、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸは、細胞質および核の両方で観察された。
【０２０８】
酸感受性リンカーは、細胞外の中性またはほぼ中性のｐＨで安定であるが、エンドリソソーム酸性ｐＨで容易に分解する。腫瘍微小環境はわずかに酸性となりうるが（ｐＨ＝６．５〜６．８；Wang  Yら、Nature  Materials、１３巻：２０４〜２１２頁（２０１４年））、使用した特定のリンカーは、実質的に低いｐＨ（＜６．０）を分解のために必要とした（Zhu  Sら、Adv  Mater、２３巻：Ｈ８４〜８９頁（２０１１年））。結果より、ＤＯＸ分子がｐＨ＝５．０で放出される一方、ｐＨ＝７ではＰＥＧ−ＦＴｎと安定に会合していること、ならびにｉｎ  ｖｉｔｒｏで肺がん細胞の細胞質および核の両方において見出されることが確認された。対照的に、担体フリーＤＯＸは、核のみで見られた。
【０２０９】
ＤＯＸを取り込んだＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋの細胞内運命
細胞内輸送を可視化するために、３ＬＬ細胞をＣｙ５標識ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋとインキュベートし、リソソームをＬｙｓｏＴｒａｃｋｅｒで染色した。共焦点画像は、細胞に加えて２時間後に、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋが、リソソームと共局在していることを示した。ＤＯＸを取り込んだＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ（つまり、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸ）は、同じインキュベーション時間で、抗ＬＡＭＰ１  Ａｂで標識されたリソソームと共局在した。
【０２１０】
３ＬＬ細胞中のＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸと比較した、遊離薬物として投与されたＤＯＸの細胞内運命を分析した。遊離ＤＯＸは、細胞に加えて２時間後に、主に細胞核に局在していたが、一方でＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸは細胞質および核の両方で観察された。画像ベースの定量により、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸを細胞に加えて３０分後および２時間後に、核と比較して、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋを介して送達されたＤＯＸの約９５％および５５％が細胞質で見出されたことが明らかになった。ここでの知見から、集約的に、遊離ＤＯＸが細胞膜を通じて受動拡散により細胞に吸収される一方（Arora  HCら、Cancer  Res、７２巻：７６９〜７７８頁（２０１２年））、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸはエンドサイトーシスされ、リソソームでＤＯＸを放出し、その後、放出された薬物分子が細胞核内に拡散することが示唆される。
【０２１１】
多細胞腫瘍スフェロイド内のＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの浸透
同一のＤＯＸ濃度でのＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸまたは遊離ＤＯＸを、３ＬＬベースの腫瘍スフェロイドとインキュベートして、ｉｎ  ｖｉｔｒｏ腫瘍浸透を比較した。３Ｄ再構築されたスフェロイドの共焦点画像は、遊離ＤＯＸが、主にスフェロイドの周辺に留まったのに対し、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸは腫瘍スフェロイド全体にわたって均一に分布したことを示した。再構築された３Ｄ画像のＤＯＸシグナルの定量により、スフェロイド全体におけるＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの平均蛍光シグナル強度が、遊離ＤＯＸの場合よりも有意に大きいことが明らかになった（ｐ＜０．０１）（図６Ａ）。腫瘍スフェロイドの複数の中央セクション画像により、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸが、遊離ＤＯＸと比較して、表面から中心へより大きい２Ｄ浸透を示したことが確認された（ｐ＜０．０１）（図６Ｂ）。遊離ＤＯＸと比較してＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの改善された浸透が、Ａ５４９、Ｈ４６０およびＨ１９７５を含むヒト肺がん細胞株で構築された他の腫瘍スフェロイドモデルでも観察された（図６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅ）。
【０２１２】
ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸのｉｎ  ｖｉｔｒｏ腫瘍殺傷能力を、構成的にルシフェラーゼを発現する３ＬＬ細胞を使用して、遊離ＤＯＸのｉｎ  ｖｉｔｒｏ腫瘍殺傷能力と比較した。ＤＯＸおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸのＩＣ５０は、それぞれ０．４８および１．１μＭであった（図６Ｆ）。高いＩＣ５０にもかかわらず、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸは、遊離ＤＯＸと比較して、おそらくは浸透の増加によるものと思われる３ＬＬ腫瘍スフェロイドの増殖遅延の優れた能力を示した（ｐ＜０．０５）（図６Ｇ）。
【０２１３】
同所性マウス肺がんモデルに対するＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸのｉｎ  ｖｉｖｏ効力
近位肺がんモデルを、構成的にルシフェラーゼを発現する３ＬＬ細胞を気管内接種することによって確立した（−３日目）。接種３日後、腫瘍細胞を、上気道全体の生物発光イメージングによって検出した（０日目）。その後、腫瘍増殖を経時的にモニターした。遊離ＤＯＸまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸの単回の気管内投与を０日目に行った。０、４、８および１１日目の生物発光イメージングは、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸで処置したマウスが、未処置または遊離ＤＯＸで処置したマウスのいずれと比較しても（１群あたりｎ＝１０匹のマウス）、腫瘍進行の有意な遅延を示したことを示した。ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸは、処置後１１日で未処置のマウスおよび遊離ＤＯＸで処置したマウスと比較してそれぞれ４０倍および１７倍のシグナル強度減少（ルシフェラーゼ発現腫瘍細胞からの）（ｐ＜０．０５）によって反映されるように、効果的に腫瘍増殖を阻害した（図７Ａ）。生存率も、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸで処置したマウスは、未処置および遊離ＤＯＸで処置したマウスと比較して、有意に向上した（ｐ＜０．０１）。この高侵襲性の気道肺がんの同所性モデルマウスにおいて、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＤＯＸでの処置は、等用量の遊離ＤＯＸで処置した動物および未処置の動物の平均生存期間がたった１８日であったのと比較して、６０日後に６０％の無増悪生存率をもたらした（図７Ｂ）。
【０２１４】
（実施例７）
皮下腫瘍および肺がんを標的とする密なＰＥＧ化ＦＴｎの静脈内注射
材料および方法
全身投与後のＰＥＧ化ＦＴｎの腫瘍による吸収を、密なＰＥＧ化ＦＴｎが、生理学的条件での優れたコロイド安定性、効率的な腫瘍細胞による吸収および腫瘍組織浸透をもたらすという実施例２の知見に基づいて検討した。具体的には、２、５および１０ｋＤａのＰＥＧ  ＭＷを有し、蛍光タグで標識された７５％ＰＥＧ化フェリチンタンパク質で製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎを、皮下３ＬＬ腫瘍（つまり、脇腹腫瘍）を有するマウスに静脈内注射した。投与１８時間後、腫瘍組織をマウスから抽出し、異なる処置群の落射蛍光放射を画像化して定量した。
【０２１５】
また侵襲性肺がんの同所性マウスモデルを、３ＬＬ細胞に基づいて確立した。腫瘍細胞を元の器官に移植すること（「同所性」）により、腫瘍細胞と周囲の間質との間の器官型相互作用が可能であった。近位肺、遠位肺、および３ＬＬ腫瘍中のＴｆＲ１発現を、ＴｆＲ１  Ａｂを用いたウエスタンブロット分析により分析した。ＰＥＧ化フェリチンタンパク質で製剤化した密なＰＥＧ化ＦＴｎを、静脈内注射を介して全身投与した。密なＰＥＧ化ＦＴｎを、注射後３時間の同所性腫瘍組織および周囲肺組織の組織化学的分析を介して分析した。
【０２１６】
結果
図８は、２ｋＤａのＰＥＧで製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎが、非ＰＥＧ化ＦＴｎおよび高ＭＷのＰＥＧでＰＥＧ化されたＦＴｎと比較して、全身循環から有意に大きい腫瘍分配をもたらしたことを示す。２ｋＤａのＰＥＧでＰＥＧ化された７５％フェリチンタンパク質で製剤化された密なＰＥＧ化ＦＴｎは、腫瘍および周囲組織の蛍光顕微鏡によって確認されるように、低酸素腫瘍領域を含む腫瘍組織全体に分配して分布した。
【０２１７】
注射３時間後の３ＬＬ同所性肺がんモデルでは、腫瘍および周囲組織の蛍光顕微鏡によって確認されるように、健常組織に対して腫瘍におけるＰＥＧ化ＦＴｎの優先的分布が明らかであった。
【０２１８】
循環する密なＰＥＧ化ＦＴｎは、低酸素腫瘍領域を含む腫瘍組織全体に分配して分布した。低酸素領域におけるシグナル強度は、静脈内注射後に経時的に（０．５時間、３時間、８時間、１８時間）増加した。注射後１８時間で、低酸素領域におけるシグナルは、正常酸素領域よりも有意に高かった。
【０２１９】
（実施例８）
尿素の濃度減少を伴うナノケージ再組織化プロセスを介したＰＥＧ化ＦＴｎの治療剤の封入
低酸素誘導因子１（ＨＩＦ−１）二量体化の阻害剤であるアクリフラビン（ＡＦ）を、希釈濃度の尿素溶液（８Ｍ、７Ｍ、５Ｍ、３Ｍ、２Ｍ、１Ｍおよび０Ｍ）中の７５％ＰＥＧ化ＦＴｎの内空に取り込ませた。フェリチンタンパク質は、８Ｍの尿素中で解離し、尿素の濃度が減少するにつれてゆっくりと再組織化された。アクリフラビンが溶液中にある状況で、ＦＴｎの再組織化プロセスは、プロセス中にアクリフラビンを封入した。ＴＥＭ画像により、ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦのケージ様構造（ナノケージあたり約６０のＡＦを含む）が示された。薬物放出動態により、ＡＦ放出がｐＨ依存性であることが確認された（図９）。
【０２２０】
３ＬＬ細胞とのインキュベーション後、ウエスタンブロッティング分析により、ＡＦおよびＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦの両方がＨｉｆ−１α発現を阻害したことが確認された。阻害は用量依存性であり、つまり遊離ＡＦまたはＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦにおけるＡＦの量が０．６２５μＭから１．２５μＭへ、さらに２．５μＭへ増加すると、Ｈｉｆ−１α発現のレベルが低下した。また阻害は時間依存性であり、つまり、阻害は、６時間のインキュベーション後が、２４時間のインキュベーション後と比べてより顕著であり、４８時間のインキュベーション後と比べてさらにより顕著であった。腫瘍低酸素のマーカーであるＨｉｆ−１αは、臨床におけるがんの進行、転移、および薬物耐性の指標である。
【０２２１】
ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦを、３ＬＬ皮下腫瘍モデルにおける腫瘍増殖に対する効果を評価するために、いくつかの時間点で尾静脈に注射した（腫瘍発生後０、２、４、６および８日）。腫瘍発生後１０日目に、腫瘍体積は、ＡＦで処置した動物ならびにＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦ処置で処置した動物で減少した。ＦＴｎ／ＦＴｎ−ＰＥＧ２ｋ／ＡＦによる阻害は、遊離のＡＦ単独で投与することにより誘導される阻害より有意により顕著であった（図１０）。
【図１Ａ−１Ｄ】
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【図２Ａ−２Ｄ】
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【図３Ａ−３Ｄ】
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【図４Ａ−４Ｅ】
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【図４Ｆ−４Ｇ】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図６Ａ−６Ｇ】
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【図７Ａ−７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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