СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЪЮГАТА НОНА-β-(1→3)-ГЛЮКОЗИДА С БЫЧЬИМ СЫВОРОТОЧНЫМ АЛЬБУМИНОМ СКВАРАТНЫМ МЕТОДОМ
METHOD OF PRODUCING CONJUGATE OF NONA-β-(1→3)-GLUCOSIDE WITH BOVINE SERUM ALBUMIN USING SQUARATE TECHNIQUE

Изобретение относится к области синтеза гликоконъюгатов, построенных на основе углеводных лигандов и белковых носителей. Предлагаются новые условия получения таких соединений на примере конъюгатов нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА), в которых углеводные и белковый компоненты соединены посредством скваратного линкера. Соединения такого типа в настоящее время широко используются в качестве иммуногенов и для получения вакцин против инфекционных заболеваний и рака, что позволяет расширить арсенал медицинских препаратов, используемых для лечения этих заболеваний.
Конъюгаты олиго- или полисахаридов с другой иммуногенной молекулой, такой как полипептид или белок, использовались для инициирования иммунного ответа на ряд грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также других возбудителей инфекций. Конъюгирование полисахарида или олигосахарида с полипептидом превращает иммунный ответ на олиго- или полисахарид, который обычно является Т-независимым, в Т-зависимый ответ.
В предыдущем уровне техники раскрывается как прямое, так и непрямое соединение полисахаридов с белками с образованием конъюгатов (итог подведен в ссылке [1] и патенте США №5 306 492). Методы конъюгирования включают в себя диазосочетание, тиоэфирное связывание, амидирование, восстановительное аминирование и тиокарбамоилирование для присоединения к белковому носителю.
Gever et al., Med. Microbiol. Immunol., 165: 171-288 (1979) описали получение конъюгатов некоторых капсульных полисахаридных фрагментов Klebsiella pneumoniae с нитрофенилэтиламиновым линкером путем восстановительного аминирования и присоединения производного сахара с помощью азосочетания.
В патенте США №4057685, Mclntire, описан липополисахарид Escherichia coli с пониженной токсичностью, ковалентно связанный с белковым антигеном в результате взаимодействия с галогенангидридом.
В патенте США №4 356 170, Jennings et al., описывается получение полисахарид-белковых конъюгатов методом восстановительного аминирования.
В патенте США №4673574, 4761283 и 4808700, Anderson, описано получение иммуногенных конъюгатов, включающих в себя продукт восстановительного аминирования иммуногенного фрагмента капсульного полисахарида, полученного из капсульного полимера Streptococcus pneumoniae или Н.influenzae окислительным расщеплением периодатом или гидролизом гликозидной связи и содержащего свободную альдегидную группу на восстанавливающем конце, и бактериальный токсин или анатоксин в качестве белкового носителя.
В патенте США №4459286, Hillman et al., описано получение полисахарид-белкового конъюгата путем активации полисахарида Н.influenzae типа В бромцианом, получения производного активированного полисахарида со спейсерной молекулой, 6-аминокапроновой кислотой, и присоединения основного белка внешней мембраны Neisseria meningitidis с использованием водорастворимого карбодиимида с образованием связи амидного типа с белком через сложный ряд связующих звеньев от 6-аминокапроновой кислоты до полисахарида.
В патенте США №4965338, Gordon, описано получение водорастворимого ковалентного конъюгата полисахарида с дифтерийным анатоксином, где чистый полисахарид Н. influenzae типа b активируют бромцианом и сразу смешивают с дифтерийным анатоксином, модифицированным ADH-спейсером.
В патенте США №4663160, Tsay et al., описан детоксифицированный полисахарид грамотрицательных бактерий, ковалентно связанный с детоксифицированным белком, полученным из тех же видов грамотрицательных бактерий, посредством фрагмента, имеющего 4-12 атомов углерода.
В патенте США №4619828, Gordon et al., описаны конъюгаты молекул полисахаридов патогенных бактерий, таких как Haemophilus influenzae типа b, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis и Escherichia coli, с Т-зависимыми антигенами, такими как дифтерийный и столбнячный анатоксины.
В патенте США №4711779, Porro et al., описаны вакцины на основе конъюгатов гликопротеинов, обладающие трехвалентной иммуногенной активностью, содержащие антигенные детерминанты капсульных полисахаридов грамположительных бактерий, а также либо CRM197, столбнячный анатоксин, либо коклюшный токсин.
В патенте США №5306492, Porro, описан конъюгат олигосахарида с белком-носителем, полученный путем взаимодействия по реакции восстановительного аминирования олигосахарида, имеющего концевую альдегидную группу, с диаминометаном в присутствии пиридинборана, дальнейшей реакции аминированного олигосахаридного продукта с молекулой, имеющей две функциональные группы, и затем взаимодействия активированного олигосахаридного продукта с белком-носителем.
В патенте США №5192540, Kuo et al., описан конъюгат олигосахарида с белком, включающий в себя продукт восстановительного аминирования окисленного полирибозил-рибитолфосфатного фрагмента, полученного из капсульного полисахарида Haemophilus influenzae типа b, и белка внешней мембраны Haemophilus influenzae типа b.
В публикации заявки на европейский патент №ЕР 0747063 А2 описан модифицированный капсульный полисахарид, содержащий различные производные сиаловой кислоты, и гетеробифункциональную линкерную молекулу, связанную с молекулой носителя. Линкеры используются для N-алкилирования приблизительно до 5 остатков сиаловой кислоты на полисахарид. Затем оставшиеся аминогруппы ацилируют пропионовым или уксусным ангидридом.
Существует потребность в более эффективных очищенных иммуногенных олигосахарид-белковых конъюгатах, которые могут быть получены более простым способом и с более высоким выходом, для широкомасштабного получения вакцин на основе иммуногенных олигосахарид-белковых конъюгатов.
Одним из наиболее эффективных в настоящее время способов конъюгации олигосахаридов, содержащих свободную аминогруппу в агликоне, с белками является скваратный метод [2]. Так, в качестве прототипов данного изобретения могут выступать патенты США №7,722,890, Bundle, et al. и заявка на патент США №20090304734, Oscarson; Stefan; et al., в которых в качестве одного из наиболее эффективных способов конъюгирования углеводной цепи с белковым носителем также использовался скваратный метод.
Наше изобретение иллюстрируется примером получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с белком-носителем БСА.
Целью данного изобретения является разработка эффективного способа получения иммуногенных конъюгатов нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА скваратным методом, который имеет преимущество по сравнению с применяющимися в настоящее время методологиями и приводит к продукту с расчетной степенью включения олигосахарида в конъюгат.
Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности реакции конъюгации, снижение потребления используемого в избытке лиганда с достижением того же соотношения лиганд-БСА в конечном конъюгате, как и при проведении конъюгации без добавки диметилсульфоксида, но с использованием большего количества реагента.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ синтеза конъюгатов олигосахаридных лигандов с белком БСА скваратным методом, отличающийся тем, что стадия конъюгации проводится в смеси боратного буфера (рН 9.0) и диметилсульфоксида. Кроме того, в качестве олигосахарида используется нона-β-(1→3)-глюкозид. Кроме того, соотношение боратного буфера (рН 9.0) и диметилсульфоксида составляет 9:1.
Способ получения иммуногенных олигосахарид-белковых конъюгатов 5 (Схема 1) включает в себя первоначальное взаимодействие 3-аминопропилгликозида олигосахарида 1 с диэтилскваратом 2 с последующей реакцией моноамида скваратовой кислоты 3 с белком БСА 4 в боратном буфере (рН 9.0).
Предлагается способ получения конъюгатов нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА, в которых углеводные и белковый компоненты соединены посредством скваратного линкера, отличающийся тем, что реакция моноамида скваратовой кислоты 3 с белком-носителем БСА 4 проводится в смеси боратного буфера (рН 9.0) и диметилсульфоксида в соотношении 9:1 (по объему), что позволяет заметно увеличить эффективность реакции конъюгации и на 20-25% снизить потребление используемого в избытке лиганда 3 с достижением то же соотношения лиганд-БСА в конечном конъюгате 5, как и при проведении конъюгации без добавки диметилсульфоксида, но с использованием большего количества реагента 3.
При проведении конъюгации скваратсвязянного нонасахарида 3 (лиганд) с БСА 4 в обычных условиях (боратный буфер, рН 9.0) при начальном мольном соотношении лиганд - БСА 20:1 происходит включение 10 лигандов в конъюгат 5 (n=10) (здесь и далее определено методом масс-спектрометрии MALDI-TOF), то есть, не менее 50% исходного лиганда не включается и теряется (Пример 3). При снижении начального соотношения лиганд 3 - БСА 4 до 10:1 происходит пропорциональное снижение степени включения лиганда в конъюгат, то есть повысить таким образом степень конверсии лиганда 3 не удается (Пример 3). При соотношении лиганд 3 - БСА 4 16:1 степень включения лиганда составляет промежуточную величину в 7 единиц (Пример 4). Проведение конъюгации в смеси боратный буфер (рН 9.0) - ДМСО (9:1) позволяет на 20-25% снизить потребление лиганда 3 при том же соотношении лиганд-БСА в конечном конъюгате 5 (Пример 5).
Пример 1. Получение скваратного производного нонасахарида 3. К раствору исходного нона-β-(1→3)-глюкозида 1 (11,6 мг, 7,56 мкмоль) в 2 мл 50%-ого водного этанола добавляли диэтилскварат 2 (1,34 мкл, 9,07 мкмоль) и триэтиламин (1,1 мкл, 8,0 мкмоль). Полученную смесь оставляли на 2,5 часа. Затем растворитель упаривали. Остаток растворяли в 2 мл воды, раствор наносили на патрон Sep-Pak C-18, который промывали 5 мл воды, затем элюировали градиентом метанола в воде (10%→20%). Элюат упаривали, остаток лиофилизовали из воды и получили 12,2 мг (7,35 мкмоль, 97%) моноамида скваратной кислоты 3.
2
4
7
2
Пример 2. Получение конъюгата 5 нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА при мольном соотношении углеводного лиганда и белка 10:1 без добавления ДМСО. Производное 3 в количестве 6,1 мг (3,67 мкмоль, 10 экв.) и БСА 4 в количестве 22,5 мг (0,34 мкмоль) растворили в 2 мл буферного раствора (350 мкМ КНСОз и 70 мкМ NaBO·10HO, pH=9), выдерживали 6 суток при комнатной температуре. Конъюгат 3 выделяли колоночной гель-хроматографией на сефадексе G-15 в воде и лиофилизовали. Получили 20,2 мг (0,27 мкмоль, 80%) конъюгата 3 (n ~5), MS MALDI-TOF: m/z 74090.
3
2
4
7
2
Пример 3. Получение конъюгата 5 нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА при мольном соотношении углеводного лиганда и белка 20:1 без добавления ДМСО. Производное 3 в количестве 12,2 мг (7,35 мкмоль, 20 экв.) и БСА 4 в количестве 22,6 мг (0,341 мкмоль) растворили в 2 мл буферного раствора (350 мкМ KНСО и 70 мкМ NaBO·10HO, pH=9.0) и выдерживали 6 суток при комнатной температуре. Конъюгат 5 выделяли колоночной гель-хроматографией на сефадексе G-15 в воде и лиофилизовали. Получили 24,3 мг (0,29 мкмоль, 85%) конъюгата 5 (n ~10), MS MALDI-TOF: m/z 82110.
3
2
4
7
2
Пример 4. Получение конъюгата 5 нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА при мольном соотношении углеводного лиганда и белка 16:1 без добавления ДМСО. Производное 3 в количестве 8,5 мг (5,09 мкмоль, 16 экв.) и БСА 4 в количестве 21 мг (0,318 мкмоль) растворили в 1.8 мл буферного раствора (350 мкМ KНСО и 70 мкМ NaBO·10HO, pH=9), выдерживали 6 суток при комнатной температуре. Конъюгат 3 выделяли колоночной гель-хроматографией на сефадексе G-15 в воде и лиофилизовали. Получили 20,8 мг (0,21 мкмоль, 81%) конъюгата 3 (n ~7), MS MALDI-TOF: m/z 77230.
3
2
4
7
2
Пример 5. Получение конъюгата 5 нона-β-(1→3)-глюкозида с белком БСА при мольном соотношении углеводного лиганда и белка 16:1 в присутствии ДМСО. Производное 3 в количестве 8,5 мг (5,09 мкмоль, 16 экв.) и БСА 4 в количестве 21 мг (0,318 мкмоль) растворили в смеси 1.8 мл буферного раствора (350 мкМ KНСО и 70 мкМ NaBO·10HO, pH=9) и 0,2 мл ДМСО, выдерживали 6 суток при комнатной температуре. Конъюгат 3 выделяли колоночной гель-хроматографией на сефадексе G-15 в воде и лиофилизовали. Получили 22,8 мг (0,28 мкмоль, 87%) конъюгата 3 (n ~10), MS MALDI-TOF: m/z 82150.
Источники информации
1. Dick. W.E., Jr. and M.Beurret. 1989. Glycoconjugates of bacterial carbohydrate antigens, p.48-114. In: Conjugate Vaccines Contributions to Microbiology and Immunology. J.M.Cruse and R.E.Lewis, Jr., (eds) S.Karger, Basel.
2. Chernyak, A.; Karavanov, A.; Ogawa, Y.; Kováč, P.Carbohydr. Res. 2001, 330, 479-486.