(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式：
［｛（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）｝ｍ］Ｅ
（式中、Ｂはビオチン又はビオチンの類似体から選択されるリガンドであり、天然の腸のビオチン結合タンパク質又はビオチン受容体に結合し、
前記ビオチンの類似体は、イミノビオチン、ビオシチンヒドラジド、ビオチンヒドラジド、ビオシチン、５−（ビオチンアミド）ペンチルアミン、スルホ−ＮＨＳ（ｎ−ヒドロキシスクシンイミジル）−ビオチン、スルホ−ＮＨＳ−ＬＣ−ビオチン、ＮＨＳ−ビオチン、ペンタフルオロフェニル−ビオチン、ペンタフルオロフェニル−ポリエチレンオキシド−ビオチン、ＮＨＳ−ビオチントリフルオロアセトアミド、ＮＨＳ−イミノビオチントリフルオロアセトアミド、マレイミド−ポリエチレンオキシドビオチン、マレイミド−ポリエチレンオキシドイミノビオチン、クロロアセチル化ビオチン、及びホスホノアセタチル−１’Ｎ−ビオチンからなる群から選ばれる類似体であり、
Ａは、生物学的活性成分であり、
Ｓは、共有結合により、前記Ｂと前記生物学的活性成分Ａとのスペーサー化合物であり、
Ｅは、種々のタンパク質分解酵素を含有する胃の厳しい酸性環境から、前記生物学的活性成分Ａを保護する、封入型ｐＨ感受性賦形剤であり、
ｎは、前記生物学的活性成分Ａに対する（Ｂ−Ｓ）のモル比であり、
ｍは、前記封入型ｐＨ感受性賦形剤Ｅにより封入された｛（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）｝の数である。）の複合体。
【請求項２】
送達のための前記生物学的活性成分Ａが、ホルモン及び生物活性ペプチドからなる群から選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
前記生物学的活性成分Ａが、バソプレシン、オキシトシン、インスリン、テストステロン、インターフェロン、ソマトトロピン、ソマトスタチン、エリスロポエチン、コロニー刺激因子（ＧＣＳＦ、ＧＭ−ＣＳＦ、ＣＳＦ）、ＰＭＳＧ、ＨＣＧ、インヒビン、ＰＡＩ−１、ＰＡＩ−２、治療剤、例えば、ネオマイシン、サルブタモール、ピリメタミン、ペニシリンＧ、メチシリン、カルベニシリン、ペチジン、キシラジン、ケタミン塩酸塩、ＧＡＢＡ、鉄デキストラン、ヌクレオチド類似体、及びリボザイムからなる群から選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載の複合体。
【請求項４】
前記スペーサー（Ｓ）が、スベリン酸ジスクシンイミジル（ＤＳＳ）、ビス（スルホスクシンイミジル）スベレート（ＢＳＳ）、エチレングリコールビス（スクシンイミジルスクシネート）（ＥＧＳ）、エチレングリコールビス（スルホスクシンイミジルスクシネート）（スルホ−ＥＧＳ）、ｐ−アミノ−フェニル酢酸、ジチオビス（スクシンイミジルプロピオネート）（ＤＳＰ）、３，３’−ジチオビス（スルホスクシンイミジルプロピオネート）（ＤＴＳＳＰ）、酒石酸ジスクシンイミジル（ＤＳＴ）、酒石酸ジスルホスクシンイミジル（スルホ−ＤＳＴ）、ビス［２−（スクシンイミジルオキシカルボニルオキシ）−エチレン］スルホン（ＢＳＯＣＯＥＳ）、ビス［２−（スルホスクシンイミドオキシカルボニルオキシ）−エチレン］スルホン（スルホ−ＢＳＯＣＯＥＳ）、アジプイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＡ）、ピメルイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＰ）、スベルイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＳ）、Ｎ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＢ）、及び４−（ｐ−マレイミドフェニル）酪酸スクシンイミジル（ＳＭＰＢ）からなる群から選ばれる、請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
前記封入型ｐＨ感受性賦形剤Ｅが、カルボキシメチルデキストラン、カラギーナン、イヌリン、カルボキシメチルセルロース、デンプン及びその誘導体、コンドロイチン硫酸塩、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、ジビニルエーテル−無水マレイン酸コポリマー、ポリ−グルタミン酸、ポリアスパラギン酸、及びポリ乳酸からなる群から選ばれる、請求項１に記載の複合体。
【請求項６】
１モルの生物学的活性成分Ａが、１モルのスペーサーＳと共有結合する、請求項１に記載の複合体。
【請求項７】
数ｎは、変化し、利用可能な反応性アミノ酸残基に応じてそれぞれのタンパク質に対して特有のものである、請求項１に記載の複合体。
【請求項８】
ｎが、１〜１０モルまで変化する、請求項７に記載の複合体。
【請求項９】
ｍが、変化し、それぞれの生物学的活性成分Ａの複合体に対して特有のものである、請求項１に記載の複合体。
【請求項１０】
ｍが、１〜１０００の範囲にある、請求項９に記載の複合体。
【請求項１１】
以下の工程：
（ａ）ビオチン又はその類似体（Ｂ）とスペーサー（Ｓ）とを等モル比において、室温にて２〜４時間撹拌することより反応させ、それによりビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を形成し、続いて２〜８℃にて一晩透析することにより反応しなかったスペーサーを除去する工程、
（ｂ）前記の得られたビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を、生物学的活性成分（Ａ）と１〜１０Ｍの比において、２〜８℃にて一晩撹拌することにより反応させ、それにより（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）生成物を形成する工程、
（ｃ）反応しなかった前記ビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を２〜８℃にて一晩生理学的緩衝液（ｐＨ６〜９）を用いた透析により除去する工程、及び
（ｄ）前記生成物（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）を、封入型ｐＨ感受性賦形剤（Ｅ）を用いて１：５〜１：４０の比、好ましいｐＨが４．５である、ｐＨ１〜１０において、２〜８℃にて一晩静かに撹拌することにより、封入し、複合体［｛（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）｝ｍ］Ｅを形成する工程、
を含む、請求項１に記載の複合体を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね、胃腸管に存在する受容体を介して脊椎動物宿主に生物学的活性成分を経口送達するための医薬製剤及び方法に関する。本発明はまた、脊椎動物宿主への生物学的活性成分の経口送達に適した製剤を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
組み換えＤＮＡ技術及び大規模な組み換えタンパク質の産生の進歩に伴い、患者への投与に利用可能な生物学的医薬製品のリストはますます増加している。残念ながら、これらの分子の投与は一般に、その分子及び用量に応じて週に１回、２回若しくは３回のいずれか、又はインスリンの場合、１日４回まで、注射を介して行われる必要がある。皮下経路を介したこれらの分子の投与は、注射部位の疼痛及び腫脹、投与時の対象内及び対象間のばらつきがかなり多様であり、皮下投与された薬剤の血清プロファイルの変動が大きいことを含む多くの欠点がある。
【０００３】
経口投与、経皮投与、又は経肺投与したときのこれらの分子のバイオアベイラビリティが非常に低いことにより、代替の経路を介したこれらのタンパク質の投与は除外されている。この制約にも関わらず、投与されたタンパク質の血清プロファイルをより均一に維持する能力、患者の快適さの増大及び患者のコンプライアンスの増大を含む上記の分子の経口送達の明らかな恩恵がある。それゆえ、タンパク質の経口投与は、皮下投与に比べ、より「患者にやさしく」、明らかにより望ましいと考えられている。
【０００４】
経口の投与経路は非常に望ましいが、治療剤の投与を成功させるには、胃腸管に多くの物理的及び化学的障壁がある。胃腸管は特に、タンパク質を分解するよう設計されており、そのため、経口投与された生物学的活性成分は、その生物学的活性を失うことなく、胃の酸性環境及び内因性のタンパク質分解酵素からの攻撃に耐える必要がある。ＧＩ管の厳しい環境を生き延びることに加え、経口投与された物質はなお、胃腸管の障壁を通過し、体循環に入り、活性部位に移動することができるいくつかの手段を持つ必要がある。正確な生物学的活性用量を確実に送達する適切な速度にて、これらの全てを行う必要がある。
【０００５】
これまでの手法の１つとして、生物学的活性成分が腸の障壁を通過し、体循環に入り込むことができる腸輸送体を使用していた。これまで、上記の機構の１つが（非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）によって報告されている。彼らは水溶性ビタミンであるビタミンＢ１２（コバラミン又はシアノコバルミン）の取り込み経路を使用している。ビタミンＢ１２の取り込みは胃内因子（ＩＦ）とビタミンとが結合し、続いて小腸の上皮細胞（腸細胞）の膜発現型受容体（ＩＦＣＲ）がＩＦ−ＶＢ１２複合体を認識することによるものであることが示されている。ＩＦ−ＶＢ１２複合体とＩＦＣＲとが結合後、ＩＦ−ＶＢ１２が内在化すると直ちに、ＩＦが分解され、他のＶＢ１２結合タンパク質であるトランスコバラミンＩＩがＶＢ１２と結合し、細胞を通過して輸送される（非特許文献４）。ビタミンＢ１２とペプチド、タンパク質及びナノ粒子とを結合することが可能であり、この正常な、ビタミンＢ１２の内因子介在性輸送系を使用して、付着した運搬物を経口摂取後に腸から体循環に一緒に輸送することが可能であることが示されている。この輸送系はペプチド、タンパク質及びナノ粒子の経口送達に商業的に利用されていることが示されているが、その利用には多くの因子による制限がある。まず、ビタミンＢ１２は、物質との結合に適した限定された部位に提供されるよう化学修飾する必要があり、２つ目として、ビタミンＢ１２輸送系の取り込み能がやや低く（１回の摂取当たり１ｎｍｏｌ）、３つ目として、ビタミンＢ１２は他の潜在的担体と比べると分子量が１３５５．３８と相対的に大きい分子があることである。
【０００６】
分子量が２４４．３１の水溶性ビタミンであるビオチンは必須ビタミンであり、ヒトへの経口送達後のバイオアベイラビリティが良好であることが示されている。ビオチンの平均的な１日の取り込み量はおよそ１５〜７０μｇ（６０〜３００ｎｍｏｌ）であり、これはビタミンＢ１２（１．３４μｇ、１ｎｍｏｌ）に比べかなり高い。ヒトにビオチンを１ｍｇ単回送達すると、送達後１〜３時間に血清濃度が３４０００ｐｍｏｌ／リットル（８．３μｇ／リットル）となる（非特許文献５）。
【０００７】
腸のビオチンの取り込み機構の１つにナトリウム依存性マルチビタミン輸送体（ＳＭＶＴ）があり、これはビオチン、パントテン酸及びリポ酸塩に親和性を有する。この機構はウサギの小腸、ラットの小腸及び結腸並びにＣａｃｏ−２細胞において同定されている。３Ｈ−ビオチンのＮａ＋依存性輸送が、結腸上皮細胞におけるビオチン取り込みに対するＣａｃｏ−２のｔｒａｎｓｗｅｌｌ培養液（ＳＭＶＴ）にて示されていた（非特許文献５）。
【０００８】
ビオチン、パントテン酸又はリポ酸塩の分子上の遊離カルボキシル基は経口送達された薬剤に結合する間に失われるが、これを維持する必要があるため、ビタミンＢ１２複合体において記載された同様の方法におけるビオチン標的ペプチド、タンパク質又はナノ粒子の取り込み機構として上記のＳＭＶＴ系の使用の可能性は除外される。さらに、ＳＭＶＴは「細孔様」構造を利用しており、非常に小さい分子（１０００ＭＷ未満）の輸送に唯一適している。それゆえ、ＳＭＶＴは製剤の輸送に非常に限定して利用される。
【０００９】
ＳＭＶＴと異なる代替のビオチンの細胞取り込み系は、いくつかの癌細胞株において報告されている。この系は遊離ビタミン並びにビオチンポリマー及びビオチン−ナノ粒子複合体の取り込みを可能にする。この取り込み系は多くの浸潤性腫瘍細胞型によく発現し、ビオチン上の遊離カルボキシル基を必要とするＳＭＶＴとは異なる（特許文献１及び特許文献２）。
【００１０】
ＳＭＶＴは小腸におけるビオチンのいくらかの取り込みに関与することが示されているが、代替のビオチンの細胞取り込み系の存在は、最近まで知られていなかった。
【００１１】
従来の問題を解決するため、本発明は、ビオチン結合型生物学的活性成分の腸への取り込み及び輸送のための輸送系を使用する方法、複合体及び製剤を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第２００５／０２２０７５４号
【特許文献２】米国特許第２００６／０１２７３１０号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Russell-Jones et al．1995
【非特許文献２】Russell-Jones et al．1996
【非特許文献３】Chalasani et al．2007
【非特許文献４】Russell-Jones et al．2007
【非特許文献５】Said et al．2008
【発明の概要】
【００１４】
以下に本発明の様々な態様の簡単な概要を示す。概要は本開示の広範囲の要約として構成されるものではなく、主要な／重要な要素を識別することではなく、又は本発明の範囲を説明するものではない。以下の概要の唯一の目的は、本発明の詳細な説明に示されるより詳細な説明に対する前置きとして簡単な形態における本発明のいくつかの概念を示すことである。
【００１５】
本発明の目的は医薬製剤を調製し、脊椎動物宿主に胃腸管に存在するビオチン特異的受容体を介して生物学的活性成分を経口送達する方法を提供することである。
【００１６】
本発明の好ましい目的は、ビオチン又はその類似体と生物学的活性成分との複合体を、その治療活性を変更することなく生成し、上記複合体を経口送達し、上記複合体の有効な経口送達のためにビオチン輸送系を利用することである。
【００１７】
本発明の別の好ましい目的は、ビタミンＢ１２等の他の必須ビタミンに比べ比較的サイズが小さく、比較的取り込み能が高いビオチンを使用することである。
【００１８】
本発明の別の好ましい目的は、結合のために遊離カルボキシル基及びアミノ基を有するビオチンの天然誘導体であるビオシチンを使用することである。
【００１９】
本発明の更に好ましい目的は、ビオチン分子又はその類似体が結合している一連の新しい経口生物学的活性成分を提供し、それにより胃腸管にそれ自体の受容体がない生物学的活性成分の経口送達を容易にすることである。
【００２０】
本発明の更に好ましい目的は、ＧＲＡＳ封入型成分を用いて封入した本発明の生物学的活性成分−ビオチン複合体を含む医薬組成物を提供することである。本発明に開示の賦形剤はｐＨ感受性であり、生物学的活性成分が存在するとき、種々のタンパク質分解酵素を含有する胃の厳しい酸性環境からそれらの生物学的活性成分を保護する。十二指腸及びｐＨの高い環境に一旦入ると、受容体と相互作用するよう封入物は生物学的活性成分を放出して崩壊する。一方、生物学的活性成分に結合したビオチンは、腸細胞の表面に存在するビオチン受容体と相互作用する。
【００２１】
本発明の更に好ましい目的は、腸の障壁を通過して輸送し、生物学的活性が粒径に依存しない医薬組成物を提供することである。製剤は、腸のアルカリ性ｐＨの中で生物学的活性成分を放出し、その受容体に接近可能にする。
【００２２】
本発明の更なる目的は、ポリマー生物学的活性成分複合体を作製する方法である。
【００２３】
これより、本発明及びその種々の実施形態を添付の図面を参照し説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】胃腸全体にわたり標的薬剤のｉｎ  ｖｉｖｏ吸収を予測する腸細胞透過性におけるｉｎ  ｖｉｔｒｏアッセイを示す図である。
【図２】極性化及び分化したＣａｃｏ２単層全体にわたるビオチン−インスリン製剤の移動を示すグラフである。
【図３】図３Ａは、ビオチン−ＱドットがＣＨＯ細胞に内在化することを示すグラフである。図３Ｂは、ビオチン−ＱドットがＣａｃｏ２細胞に内在化することを示すグラフである。
【図４】胃腸の種々の領域におけるインスリン及びビオチン受容体の存在及び局在を表す図である。
【図５】糖尿病ラットにおけるタンパク質治療剤の低血糖効果を示すグラフである。
【図６】ビオチン−インスリン製剤を経口投与したときの糖尿病ラットの主要な器官におけるインスリン分布を説明する棒グラフである。
【図７】ｇｐ１２０−ＤＴ融合タンパク質の腸の障壁を通過する体循環への移動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の詳細な説明は、その用途を限定するものではなく、単に以下の説明に記載された又は図面に示された構造の例示及び成分の配置のものである。本開示は、他の実施形態を包含することができ、種々の方法で実践又は実施することができる。また、本明細書において使用される表現及び用語は、説明を目的とするためのものであり、限定するものと見なされるべきではない。
【００２６】
「含む（including）」、「含む（comprising）」又は「有する」及びそれらの活用形等の表現の使用は、その後に記載される要素及びその均等物の他に、適宜、追加の要素を包含するものと理解される。本明細書における「ａ」及び「ａｎ」等の用語は、量の限定を示さず、むしろ言及の要素の少なくとも１つの存在を示す。さらに、「第１の」、「第２の」及び「第３の」等の用語の使用は、本明細書において何らかの順、量又は重要性を示さず、むしろ互いの要素を区別するために使用される。
【００２７】
本発明の非限定的な実施形態によると、脊椎動物宿主の胃腸管に存在するビオチン受容体を介した、インスリンのようなタンパク質及びペプチド又はその類似体を含み得るがそれらに限定されない生物学的活性成分の経口送達のための医薬製剤及び方法を開示する。
【００２８】
本発明の非限定的な好ましい実施形態によると、ペプチド−ビオチン複合体は架橋剤及びスペーサー化合物を介して互いに反応するため、ビオチンはその受容体に結合するペプチドを干渉しない。
【００２９】
本発明の非限定的な好ましい態様によると、ペプチド−ビオチン複合体を胃腸管の厳しい環境において安定する封入型ＧＲＡＳ成分によって封入する。カプセルは胃腸のアルカリ性ｐＨで開封され、それによりペプチド−ビオチン複合体が放出され、ペプチド又はビオチンが脊椎動物宿主の腸の受容体に結合することができる。
【００３０】
本発明の非限定的な好ましい実施形態によると、ペプチド−ビオチン複合体を担体介在性トランスサイトーシスによりペプチド及びビオチン受容体を用いて腸の障壁を通過して輸送する。したがって、ペプチドの吸収に作用し、それにより体循環内のペプチドの総合的なバイオアベイラビリティを増大させる２つの潜在的な受容体系がある。
【００３１】
本開示の非限定的な更に好ましい態様によると、例えば、インスリン又はその類似体の場合、ペプチド−ビオチン複合体は、リンパ系により優先的に取り込まれ、体循環内に持続的に放出され、長期間の治療効果を生じる。腸腔のリンパ系によるペプチド−ビオチン複合体の取り込みは、肝臓の初回通過代謝を回避し、体循環内のペプチドの総合的なバイオアベイラビリティを増大させる。
【００３２】
本発明の複合体は、一般式：
［｛（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）｝ｍ］Ｅ
（式中、Ｂは、ビオチン又はビオチンの類似体から選択されるリガンドであり、天然の腸のビオチン結合タンパク質又はビオチン受容体に結合し、Ｓは、Ｂと生物学的活性成分Ａとのキレート複合体を形成するスペーサー化合物である）を有する。上記の複合体において、ｎは、スペーサーＳを介して１モルの生物学的活性成分Ａに共有結合するビオチン又はビオチンの類似体のモル比である。数ｎは変化し、利用可能な反応性アミノ酸残基に応じてそれぞれのタンパク質に対して特有のものであり、１〜１０モルまで変化する。一方、ｍは、封入型ＧＲＡＳ成分Ｅにより封入された生物学的活性成分スペーサーの複合体の数を示す。ｍは変化し、それぞれの成分複合体に対して１〜１０００の範囲で特有のものである。
【００３３】
以下の工程：
（ａ）ビオチン又はその類似体（Ｂ）とスペーサー（Ｓ）とを等モル比において、室温にて２〜４時間撹拌することにより反応させ、それによりビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を形成し、次いで２〜８℃にて一晩透析することにより反応しなかったスペーサーを除去する工程、
（ｂ）前記の得られたビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を、生物学的活性成分（Ａ）と１〜１０Ｍの比において、２〜８℃にて一晩撹拌することにより反応させ、それにより（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）生成物を形成する工程、
（ｃ）反応しなかったビオチンスペーサー複合体（Ｂ−Ｓ）を２〜８℃にて一晩、生理学的緩衝液（ｐＨ６〜９）を用いた透析により除去する工程、及び
（ｄ）上記生成物（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）を、封入型ＧＲＡＳ成分（Ｅ）を用いて１：５〜１：４０の比、好ましいｐＨがｐＨ４．５である、ｐＨ１〜１０において、２〜８℃にて一晩静かに撹拌することにより、封入し、複合体［｛（Ｂ−Ｓ）ｎ−（Ａ）｝ｍ］Ｅを形成する工程、
を含む複合体を作製する方法。
【００３４】
本発明の別の非限定的に例示された実施形態において、医薬製剤は、経口経路を介してある範囲の生物学的活性成分を送達する多様性を示し、これまで注射により送達されていた、ある範囲の生物学的活性成分を送達する「キット」として使用する利用法を有する。この医薬製剤の可能性は、生物学的活性成分のサイズ又は投入量及び胃腸管における受容体の有無により限定されない。この本発明の多様性として、６ｋＤａのポリペプチド（インスリン）及び６８ｋＤａ超のタンパク質（ｇｐ１２０−ＤＴ融合タンパク質）の送達が例示される。本発明の好ましい実施形態の１つにおいて、ＧＩの障壁を通過するトランスサイトーシスの受容体が存在するタンパク質の場合、記載の本発明（キット）は、その酵素分解を抑制し、結合したビオチン又はビオチン類似体がタンパク質受容体と協力して、ＧＩの障壁を通過して体循環へ入る移動を増大させるために作用する。更に別の本発明の実施形態において、経口送達されるタンパク質の天然の受容体が存在しない場合、タンパク質に結合したときのビオチン又はその類似体は担体として作用し、ビオチン又はその類似体のトランスサイトーシス受容体を利用してＧＩの障壁を通過して運搬物（例えば、タンパク質）を運ぶ。
【実施例】
【００３５】
製剤の製造のための詳細なプロセス及び概念実証研究
ＮＨＳ−ビオチンの調製
ビオチン（５ｇ）を１００ｍｌの無水ＤＭＳＯ及び２．５ｍｌのトリエチルアミンに溶解させた。
【００３６】
Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（２．６ｇｍ）を粉末としてビオチンに添加し、室温にて４．７ｇｍのジシクロヘキシルカルボジイミドと一晩反応させた。ジシクロヘキシル尿素を濾過により除去した。ＤＭＳＯを減圧及び加熱下において濃縮し、多量のジエチルエーテルを添加することによりＮＨＳ−ビオチンを析出させた。生成物を、無水エーテルを用いて数回洗浄し、真空下において乾燥させ、白色粉末として保存した。
【００３７】
ペプチドのビオチン誘導体化
ビオチン（９０ｍｇ）をＤＭＳＯ（５．０ｍｌ）に溶解させた。ＤＩＥＡ（７５μＬ）を添加し、次いでＴＳＴＵ（（Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ビス（テトラメチレン）ウロニウムヘキサフルオロホスフェート）（１８０ｍｇ）を添加した。ビオチンを１０分間活性化させた後、結合するペプチド１００ｍｇをＤＭＳＯ（２ｍｌ）に溶解させ、活性化させたビオチン溶液に添加し、一晩反応させた。生成物をリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）（ｐＨ８．０）を用いて透析を繰り返すことにより精製し、反応していないビオチンを確実に除去した。生成物を凍結乾燥させ、冷凍状態下において保存した。
【００３８】
タンパク質のビオチン誘導体化
ビオチン（９０ｍｇ）をＤＭＳＯ（５．０ｍｌ）に溶解させた。ＤＩＥＡ（７５μＬ）を添加し、次いでＴＳＴＵ（（Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−ビス（テトラメチレン）ウロニウムヘキサフルオロホスフェート）（１８０ｍｇ）を添加した。ビオチンを１０分間活性化させた後、結合するタンパク質５００ｍｇを１０ｍｌのＰＢＳに溶解させ、活性化させたビオチン溶液に添加し、一晩反応させた。生成物を広範に透析し、反応していないビオチンを確実に除去した。生成物を凍結乾燥させ、冷凍状態下において保存した。
【００３９】
インスリンのビオチン誘導体化
インスリン（３００ｍｇ）（６０ｍｇ／ｍｌ）をＤＭＳＯに溶解させ、ＤＩＥＡを３０μｌ／ｍｌになるまで添加した。７０ｍｇ／ｍｌのＮＨＳ−ビオチンを無水ＤＭＳＯに溶解させ、直ちに０．５ｍｌをインスリン溶液に添加した。２時間反応させ、その後、ＤＭＦを１５ｍｌの酢酸エチルを添加することにより析出した。得られた生成物を低速の遠心分離により単離し、５０ｍｇ／ｍｌにて０．１ＮのＨＣｌにおいて再懸濁させた。未結合のビオチンを、ＰＢＳを用いた広範な透析により除去する。生成物を凍結乾燥させ、冷凍状態下において保存した。
【００４０】
ビオチニル−ｇｐ１２０−ＤＴの調製
５０ｍｇ／ｍｌのｇｐ１２０−ＤＴ（２００ｍｇ）をリン酸緩衝食塩水（４ｍｌ）に溶解させた。新しく調製したＮＨＳビオチン（２０ｍｇ）を１ｍｌの無水ＤＭＳＯに溶解させ、直ちにｇｐ１２０−ＤＴに添加した。溶液を室温にて４時間素早く撹拌させた。生成物であるビオチニル−ｇｐ１２０を、リン酸緩衝食塩水を用いた透析により遊離ビオチンから分離した。ビオチニル−ｇｐ１２０−ジフテリア毒素複合体を凍結乾燥させ、使用するまで乾燥保存しておいた。
【００４１】
カルボキシメチルデキストランを含むポリアニオン構造とビオチンとの複合体の調製プロセス
８０ｍｇ／ｍｌのカルボキシメチルデキストラン（ＣＭＤ）を蒸留水に溶解させた。混合物をボルテックスすることにより完全に混合させ、ｐＨを１ＭのＮａＯＨを用いて最適ｐＨが４．５であるｐＨ１〜１０に滴定した。タンパク質−ビオチン又はタンパク質−ビオチン類似体複合体を、１：５〜１：４０の範囲の比においてＣＭＤ溶液にゆっくり添加し、更なる時間撹拌した。溶液は直ちに動物実験に使用するか又は凍結乾燥させ、使用するまで乾燥保存しておいた。
【００４２】
ビオチニル−インスリンの経口投与に伴うグルコース低下におけるｉｎ  ｖｉｖｏ試験
ウイスターラット（１９０〜２１０ｇ）を室温２２±２℃、１２時間明／暗サイクル及び相対湿度４５〜５０％にて飼育した。動物は、何らかの症状を示した場合を除き、標準的な飼料及び水を自由摂取させた。種々の群に任意抽出後、ラットを新しい環境に２日間馴化させた後、実験を開始した。
【００４３】
糖尿病の誘発
４５〜５５ｍｇ／ｍｌのストレプトゾトシンをｐＨ４．０の０．１Ｍクエン酸緩衝液に溶解させ、超音波処理し、確実に均一に溶解させた。糖尿病を誘発させるため、新たに調製したストレプトゾトシン溶液を、ラット（約２００ｇｍ）に４５〜５５ｍｇ／ｋｇの用量範囲にて腹腔投与した。
【００４４】
血漿グルコース及びインスリンのモニタリング
２３ゲージのニードルシャフトを用いて覚醒状態のラットの眼窩静脈叢又はラットの尾静脈のいずれかから採血し、血漿を分離した。直ちに血漿グルコースを比色法により測定した。血中グルコース濃度が２５０〜４００ｍｇ／ｄＬを示す動物が糖尿病とみなされ、次の試験に使用することができた。血漿インスリン濃度を、ｉｓｏインスリンＥＬＩＳＡキットを使用してモニタリングした。試験の終わりに、大部分の器官を採取し、ＰＢＳにてホモジナイズした。清澄な上清をタンパク質評価により正規化し、インスリン濃度をｉｓｏインスリンＥＬＩＳＡアッセイによりモニタリングした。
【００４５】
ウイスターラットの腸におけるビオチン介在性取り込みの視覚化
腸のビオチン受容体介在性取り込みの存在を、胃腸係蹄モデルを使用して例証した。麻酔状態のウイスターラットの腸係蹄を準備し、蛍光標識した化合物を係蹄に注射し、様々な時点にてラットを安楽死させ、係蹄を取り出し、クリオスタット切片を作製した。画像は共焦点顕微鏡法を用いて撮影された。
【００４６】
ビオチニル−ｇｐ１２０−ＤＴの経口送達
経口送達物質としてビオチンの有効性を、免疫処理されていない対照ラットにビオチニル−ｇｐ１２０−ジフテリア毒素複合体を投与することにより試験した。つまり、ｐＨ４．５、１：５〜１：４０の比にてＣＭデキストランを用いて封入された、１〜２ｍｇの範囲のビオチニル−ｇｐ１２０−ジフテリア毒素複合体をウイスターラットに経口投与した。陽性対照として、結合タンパク質（１００μｇ）を含む担体（ＰＢＳ）を別の免疫処理されていないラット群に静脈内投与した。体循環内の結合タンパク質の存在を２４時間にわたりラットから採取した血液のＥＬＩＳＡ分析によりモニタリングした。
【００４７】
図１は、胃腸を通過して標的薬剤がｉｎ  ｖｉｖｏ吸収されることを予測するためのｉｎ  ｖｉｔｒｏの腸細胞透過性アッセイ１００を表す。本発明の非限定的な例示的実施形態によると、結腸腺癌Ｃａｃｏ２細胞を半透過性膜において約１８日間培養し、分化させ、個別の頂端側及び側底側の膜を有する腸細胞単層に形態上及び生化学上類似したＣａｃｏ２単層を形成した。頂端腔と側底腔との経上皮電気抵抗（ＴＥＥＲ）は、細胞間の緊密性を示し、１５日前後で最大に達し、細胞間における薬剤の任意の傍細胞への移動を抑制する。標的薬剤を頂端腔に添加し、その側底腔内での出現により腸の障壁を通過する能力が示される。
【００４８】
本開示による送達のための典型的な生物学的活性成分は、ホルモン及び生物活性ペプチド、例えば、バソプレシン、オキシトシン、インスリン、テストステロン、インターフェロン、ソマトトロピン、ソマトスタチン、エリスロポエチン、コロニー刺激因子（ＧＣＳＦ、ＧＭ−ＣＳＦ、ＣＳＦ）、ＰＭＳＧ、ＨＣＧ、インヒビン、ＰＡＩ−１、ＰＡＩ−２、治療剤、例えば、ネオマイシン、サルブタモール、ピリメタミン、ペニシリンＧ、メチシリン、カルベニシリン、ペチジン、キシラジン、ケタミン塩酸塩、ＧＡＢＡ、鉄デキストラン、ヌクレオチド類似体又はリボザイムを含むが、それらに限定されない。
【００４９】
生物学的活性成分には、ポリペプチド、例えば、インスリン、ソマトスタチン、ソマトスタチン誘導体、成長ホルモン、プロラクチン、副腎皮質刺激ホルモン（ＡＣＴＨ）、メラニン細胞刺激ホルモン（ＭＳＨ）、甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン（ＴＲＨ）、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳ）、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、卵胞刺激ホルモン（ＦＳ）、バソプレシン、バソプレシン誘導体、オキシトシン、カルシトニン、副甲状腺ホルモン、グルカゴン、ガストリン、セクレチン、パンクレオザイミン、コレシストキニン、アンジオテンシン、ヒト胎盤性乳腺刺激ホルモン、ヒト絨毛性ゴナドトロピン（ＨＣＧ）、エンケファリン、エンケファリン誘導体、エンドルフィン、キョートルフィン、インターフェロンγ、インターロイキン（Ｉ、ＩＩ及びΙΙΙ）、タフトシン、チモポエチン、チモシン、チモスチムリン、胸腺液性因子（ＴＦＨ）、血清胸腺因子（ＦＴＳ）及びその誘導体、腫瘍壊死因子（ＴＮＦ）、コロニー刺激因子（ＣＳＦ）、モチリン、ダイノルフィン、ボンベシン、ニューロテンシン、セルレイン、ブラジキニン、ウロキナーゼ、アスパラギナーゼ、カリクレイン、Ｐ物質及びそのアンタゴニスト、神経成長因子、血液凝固第ＶＩＩＩ及びＩＸ因子、塩化リゾチーム、ポリミキシンＢ、コリスチン、グラミシジン、バシトラシン、タンパク質合成刺激ペプチド、胃抑制ポリペプチド（ＧＩＰ）、血管作動性腸管ペプチド（ＶＩＰ）、血小板由来成長因子（ＰＤＧＦ）、成長ホルモン、成長ホルモン因子（ＧＲＦ、ソマトクリニン）、骨形成因子（ＢＭＰ）、上皮成長因子（ＥＧＦ）、ｍＡｂ（モノクローナル抗体）のＦａｂ及びＦｃ部分等がある。
【００５０】
したがって、本発明は、ビオチン分子、又はその類似体が結合されている一連の新しい生物学的活性成分を提供する。これらのビオチン複合体は脊椎動物宿主への経口送達に適しており、それにより脊椎動物宿主の腸から体循環への製剤の取り込み結合及び取り込みのための上記ビオチン受容体系を利用することができる。
【００５１】
図２は、分化したＣａｃｏ２単層を通過するインスリン及びビオチン−インスリンの移動を説明するグラフ２００を表す。本発明の非限定的な例示の態様によると、緩衝液に溶解した生物学的活性成分を頂端腔に添加し、側底腔に出現する生物学的活性成分の量を酵素免疫測定アッセイ（ＥＬＩＳＡ）によりモニタリングした。０〜４時間までに増加した側底腔におけるビオチン−インスリン製剤の出現量は、Ｃａｃｏ２細胞でのビオチン−インスリン製剤のビオチン受容体への結合能及び単層を通過したビオチン−インスリン製剤の移動を示す。これは、ビオチンのインスリンへの結合能により腸の障壁を通過させることができることを示す。ここでは、未修飾のインスリンも単層を通過すると思われることから、移動がビオチン受容体を通してのみであると推論することは難しい。
【００５２】
図３ａは、ＣＨＯ細胞内へのビオチン−Ｑドットの内在化を示すグラフ３００ａを表す。ビオチンＱドットは、薬剤部分に結合するビオチンを表し、Ｑドットのサイズがサイズの小さい薬剤と類似していることから、これらの粒子の細胞への内在化は、ＳＭＶＴを介することができない。ビオチンＱドットが障壁を通過することができる唯一の方法は、ビオチン受容体を利用した担体介在性エンドサイトーシスによるものである。ビオチン−Ｑドットのこれらの細胞への内在化により、ビオチン受容体の存在及びビオチンが薬剤サイズの分子を細胞に取り込ませることができることが示された。これらの細胞において、１時間及び４時間のビオチン−Ｑドットの内在化を表し、ビオチン−Ｑドットの内在化は時間間隔の増加とともに増加した。結合されていないビオチンをビオチン−Ｑドットの前の細胞に添加すると、内在化は阻害され、Ｑ−ドットのビオチン介在性内在化が特にビオチン受容体を使用し、任意の他の経路によるものではないことを示している。同様に、図３ｂは、ビオチン−ＱドットのＣａｃｏ２細胞への内在化を示すグラフである。これらの細胞は腸細胞株であり、ビオチン−Ｑドットのこれらの細胞への内在化はビオチン受容体の存在及びビオチンが薬剤サイズの分子を細胞に取り込ませることができることを示す。
【００５３】
ビオチンの適切な類似体は、ビオチン、イミノビオチン、ビオシチンヒドラジド、ビオチンヒドラジド、ビオシチン、５−（ビオチンアミド）ペンチルアミン、スルホ−ＮＨＳ（ｎ−ヒドロキシスクシンイミジル）−ビオチン、スルホ−ＮＨＳ−ＬＣ−ビオチン、ＮＨＳ−ビオチン、ペンタフルオロフェニル−ビオチン、ペンタフルオロフェニル−ポリエチレンオキシド−ビオチン、ＮＨＳ−ビオチントリフルオロアセトアミド、ＮＨＳ−イミノビオチントリフルオロアセトアミド、マレイミド−ポリエチレンオキシドビオチン、マレイミド−ポリエチレンオキシドイミノビオチン、クロロアセチル化ビオチン、ホスホノアセタチル−１’Ｎ−ビオチン、ビオシチンを含み得るが、それらに限定されない。
【００５４】
生物学的活性成分とビオチンとの結合に適した拡張型スペーサーは、スベリン酸ジスクシンイミジル（ＤＳＳ）、ビス（スルホスクシンイミジル）スベレート（ＢＳＳ）、エチレングリコールビス（スクシンイミジルスクシネート）（ＥＧＳ）、エチレングリコールビス（スルホスクシンイミジルスクシネート）（スルホ−ＥＧＳ）、ｐ−アミノ−フェニル酢酸、ジチオビス（スクシンイミジルプロピオネート）（ＤＳＰ）、３，３’−ジチオビス（スルホスクシンイミジルプロピオネート）（ＤＴＳＳＰ）、酒石酸ジスクシンイミジル（ＤＳＴ）、酒石酸ジスルホスクシンイミジル（スルホ−ＤＳＴ）、ビス［２−（スクシンイミジルオキシカルボニルオキシ）−エチレン］スルホン（ＢＳＯＣＯＥＳ）、ビス［２−（スルホスクシンイミドオキシカルボニルオキシ）−エチレン］スルホン（スルホ−ＢＳＯＣＯＥＳ）、アジプイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＡ）、ピメルイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＰ）、スベルイミド酸ジメチル二塩酸塩（ＤＭＳ）、Ｎ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＢ）、４−（ｐ−マレイミドフェニル）酪酸スクシンイミジル（ＳＭＰＢ）を含むが、それらに限定されない。
【００５５】
これらのビオチン−薬剤複合体は脊椎動物宿主への経口送達に適しており、それにより脊椎動物宿主の腸から体循環への製剤の取り込み結合及び取り込みのための上記ビオチン受容体系を利用することができる。
【００５６】
このような封入型ＧＲＡＳ成分は、カルボキシメチルデキストラン、カラギーナン、イヌリン、カルボキシメチルセルロース、デンプン及びそれらの誘導体、コンドロイチン硫酸塩、スチレン−無水マレイン酸コポリマー、ジビニルエーテル−無水マレイン酸コポリマー、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギン酸、ポリ乳酸を含むが、それらに限定されない。
【００５７】
図４は胃腸の種々の領域におけるインスリン（赤）及びビオチン（緑）受容体の存在及び局在を表す図４００である。画像から明らかなように、インスリン受容体は十二指腸及び回腸に局在するが、ビオチン受容体は空腸を含む胃腸管の全長に沿って全てに存在する。本開示によると、インスリン製剤は、吸収面の幅を増大させるこの両方の受容体を組み合わせて使用し腸の障壁を通過して輸送される。さらに、これらの受容体は、図２に記載のＣａｃｏ２細胞を通過するビオチン−インスリン製剤の移動に関与する。
【００５８】
図５は、糖尿病ラット試験における経口インスリン製剤の低血糖効果を示すグラフ５００を表す。ここでは、対照として、糖尿病ラット群にインスリン又はビオチンと結合したインスリンを注射し、血中グルコース濃度の急峻及び短期の実際の低下を示す濃灰色の実線により表した。ビオチンと結合したインスリンの低血糖効果は、ビオチン結合がその低血糖活性を変化させなかったことを示している。しかし、血中グルコースの低下は、未修飾のインスリンと同じように急速ではなく、その効果は投与後最大４時間持続した。別の群において、糖尿病ラットにビオチン−インスリン製剤を経口投与し、明灰色の実線により表した。インスリン製剤の経口投与は、最大８時間まで持続性及び長期間の低血糖効果を生じた。この持続性活性の説明として、胃腸全体に存在するインスリン及びビオチン受容体の利用があり、それにより製剤を吸収する幅を増大させることができた。ビオチンインスリンを注射したときの血漿インスリン濃度を濃灰色の点線により表し、ビオチンインスリン製剤を経口投与したときは明灰色の点線により表した。
【００５９】
図６は、ビオチン−インスリン製剤を経口投与したときの糖尿病ラットの主要な器官のインスリン分布を説明する棒グラフ６００を反映する。主要な器官は、脾臓、腎臓、肝臓及び心臓を含む。インスリン濃度は、肝臓及び他の器官に比べ脾臓で最も高値であることが観察されている。この観察により、腸の障壁を通過した後のインスリンがリンパ循環により優先的に取り込まれることが示される。これはまた、ビオチンインスリン製剤を経口投与された糖尿病ラットにおいて血清インスリン濃度が低くなることを説明している。
【００６０】
図７は、腸の障壁を通過してから体循環へのビオチニルｇｐ１２０ジフテリア毒素融合タンパク質（６８ｋＤａ超）の移動を示すグラフ７００を表す。ビオチンに結合し、ＧＲＡＳ封入型成分を用いた封入後の融合タンパク質を、免疫処理していないウイスターラットに経口投与した。陽性対照として、ビオチニル融合タンパク質も１つの動物群に静脈内投与した。２４時間にわたり、血液サンプルを採取し、ビオチニル融合タンパク質の濃度を、ＥＬＩＳＡ分析を使用して決定した。経口投与後の融合タンパク質の血漿中への出現は、製剤が、６８ｋＤａ超のタンパク質の腸の障壁を通過する体循環への移動を促進させることができることを示した。
【００６１】
当業者であれば、一般的な実験を行うだけで、本明細書に記載の本発明の具体的な実施形態に対する多くの等価物を認識し、又は確かめられるだろう。それゆえ、本発明の実施形態は、その具体的な実施例とともに説明されているが、本開示の実施形態の実際の範囲は、他の修正形態が明細書、図面及び特許請求の範囲の検討時に当業者に明らかであることから、それほど限定されるものではない。
【００６２】
参考文献
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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