СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ КОМПОЗИЦИИ ИЛ-21
STABILISED IL-21 COMPOSITIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композициям, например к фармацевтическим композициям, содержащим IL-21 и сульфат, и к способам стабилизации IL-21, причем способ включает добавление сульфата к раствору, содержащему указанный пептид.
Уровень техники
Впервые IL-21 был раскрыт в WO 00/53761. Пептид-предшественник представляет собой пептид с 162 аминокислотными остатками, последовательность которых в указанной заявке раскрыта как SEQ ID No:2. Для удобства в настоящей заявке эта последовательность повторена как SEQ ID No:1. Первоначально предполагалось, что зрелый пептид - это пептид, состоящий из аминокислот с №32 по №162 в последовательности SEQ ID No:1; однако позднее (WO 04/112703) предположили, что на самом деле зрелый пептид состоит из аминокислот с №30 по №162.
IL-21 - это цитокин, способный активировать В-клетки, Т-клетки и клетки - естественные киллеры (клетки NK); и было высказано предположение, что IL-21 и его варианты и аналоги как лекарственные средства эффективны в лечении различных форм рака (WO 00/53761 и WO 03/103589).
Обычно пептиды в жидкой форме нестабильны в течение продолжительных периодов времени, и предпринято большое количество исследований для разработки рецептур фармацевтических пептидов, которые удовлетворяли бы требованиям к стабильности фармацевтических композиций. Изготовление содержащих пептиды стабильных фармацевтических композиций нетривиально, и поэтому сохраняется задача поиска путей для получения стабильных рецептур, содержащих IL-21. Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такие стабильные рецептуры или композиции с альтернативными или улучшенными свойствами.
WO 04/112703 раскрывает, что, например, последовательность аминокислот с №30 по №162 из SEQ ID No:1 может быть выделена методами, включающими осаждение пептида высокими концентрациями сульфата аммония.
WO 04/055168 раскрывает, что клетки, трансфицированные вектором, содержащим полинуклеотид, кодирующий аминокислоты с №30 по №162 последовательности SEQ ID No:1 с дополнительным N-концевым метионином, можно выращивать в среде, содержащей сульфат аммония.
В международной заявке WO 2004DK000686 (опубликованной как WO 05/35565) раскрывается применение сульфата меди в качестве катализатора в реакции между функционализованным полиэтиленгликолем (ПЭГ) и функционализованным IL-21 с получением «ПЭГилированного» (связанного с ПЭГ) IL-21.
Сущность изобретения
4
4
2-
+
Заявители настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что присутствие ионов сульфата (SO ) стабилизирует структуру IL-21 и повышает стабильность композиций, содержащих IL-21. В соответствии с этим, в одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию, в частности фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и ионы сульфата, при условии, что в указанной композиции не присутствуют никакие ионы аммония (NH ) в молярном количестве, равном удвоенному молярному количеству сульфата.
4
+
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает композицию, в частности фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и ионы сульфата, при условии, что в указанной композиции не присутствуют никакие ионы аммония (NH ) в молярном количестве, равном удвоенному молярному количеству сульфата, и при условии, что композиция не содержит меди.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ стабилизации содержащей IL-21 композиции, при котором к указанной композиции добавляют сульфат.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ сворачивания (фолдинга) или повторного сворачивания (рефолдинга) IL-21, при котором к развернутому или частично свернутому IL-21 добавляют сульфат.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ очистки IL-21, при котором хроматографический материал приводят в контакт с композицией, содержащей IL-21 и сульфат.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает способ кристаллизации IL-21, при котором к композиции, содержащей IL-21, добавляют сульфат.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу лечения, при котором эффективное количество фармацевтической композиции по настоящему изобретению вводят нуждающемуся в этом пациенту.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к применению IL-21 и сульфата в приготовлении лекарственного средства.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и ионы сульфата.
Подписи к чертежам
2
4
Фиг.1: Связывание 1-анилиннафталин-6-сульфоновой кислоты (ANS) с IL-21 при различных значениях рН. Все пробы содержали 0,05 мг/мл (3,2 мкмоль) IL-21, 10 мМ буфер (состав буфера и рН указаны на чертеже) и, если указано, 50 мМ NaSO. Непосредственно перед измерением добавляли 16 мкМ ANS.
Фиг.2: Спектры кругового дихроизма (КД) в дальней УФ области IL-21 при рН 2,0 в фосфатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.3А: Спектры КД в дальней УФ области IL-21 при рН 5,3 в гистидиновом буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.3Б: Спектры КД в дальней УФ области IL-21 при рН 5,3 в ацетатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.4: Спектры КД в дальней УФ области УФ IL-21 при рН 6,0 в фосфатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.5: Спектры КД в дальней УФ области УФ IL-21 при рН от 2,0 до 6,0 без добавления сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.6: Спектры КД в дальней УФ области УФ IL-21 при рН от 2,0 до 6,0 при добавлении 50 мМ сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.7: Спектры КД в ближней УФ области IL-21 при рН 2,0 в фосфатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг 8А: Спектры КД в ближней УФ области IL-21 при рН 5,3 в гистидиновом буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.8Б: Спектры КД в ближней УФ области IL-21 при рН 5,3 в ацетатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.9: Спектры КД в ближней УФ области IL-21 при рН 6,0 в фосфатном буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата. Концентрация белка 10 мг/мл.
Фиг.10: Капиллярная дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) IL-21 при рН 5,3 в гистидиновом буфере в присутствии добавленного 50 мМ сульфата и без сульфата.
Фиг.11: Данные таблицы 1, представленные в виде графика.
Фиг.12: Спектры КД в ближней УФ области IL-21 при рН 2 в фосфатном, сульфатном, ацетатном и формиатном буферах при 50 мМ. Концентрация белка 2 мг/мл.
Определения
Термин «терапевтически эффективное количество» соединения, как он использован здесь, обозначает количество, достаточное для лечения, ослабления или частичной задержки клинических проявлений данного заболевания и его осложнений. Достаточное для достижения этой цели количество определяется как «терапевтически эффективное количество». Для каждой задачи эффективные количества будут зависеть от, например, тяжести заболевания или вызванных заболеванием нарушений, а также от веса, пола, возраста и общего состояния индивидуума. Следует понимать, что определение подходящей дозировки можно осуществить обычным опытным путем, конструируя матрицу значений и тестируя различные позиции матрицы. Все это соответствует обычной квалификации обученного врача или ветеринара.
Термины «лечение» (treatment) или «воздействие» (treating), как они использованы здесь, означают оказание помощи пациенту с целью противодействовать болезненному состоянию, такому как заболевание или расстройство. Подразумевается, что термин включает полный спектр лечебных воздействий для данного болезненного состояния, от которого страдает пациент, таких как введение активного соединения для ослабления симптомов или осложнений, для задержки развития заболевания, расстройства или болезненного состояния, для ослабления или облегчения симптомов и осложнений и/или для лечения или ликвидации заболевания, расстройства или болезненного состояния, а также для предотвращения болезненного состояния, причем предотвращение следует понимать как оказание помощи пациенту с целью противодействовать заболеванию, болезненному состоянию или расстройству, которое включает введение активных соединений для предотвращения начального появления симптомов или осложнений. Подлежащим лечению пациентом предпочтительно является млекопитающее, в особенности человеческое существо, но это могут быть также животные, такие как: собаки, кошки, коровы, овцы и свиньи. Тем не менее следует понимать, что терапевтические режимы и профилактические (предупредительные) режимы представляют различные аспекты изобретения.
Описание изобретения
В этом контексте подразумевается, что IL-21 обозначает:
а) пептид с последовательностью, как она определена в SEQ ID No:1;
б) пептид с последовательностью, определенной аминокислотами с №32 по №162 в SEQ ID No:1;
в) пептид с последовательностью, определенной аминокислотами с №30 по №162 в SEQ ID No:1; или
г) вариант любого из а), б) и в).
Под вариантом понимается соединение, полученное замещением одного или более из аминокислотных остатков в последовательности IL-21 другой природной или неприродной аминокислотой; и/или добавлением в последовательность IL-21 одной или более из природных или неприродных аминокислот; и/или удалением из последовательности IL-21 одного или более из аминокислотных остатков, причем за каждым из этих этапов может по усмотрению следовать дополнительная модификация одного или более из аминокислотных остатков. В частности, такие замещения являются консервативными в том смысле, что один аминокислотный остаток замещается другим аминокислотным остатком из той же самой группы, то есть другим аминокислотным остатком с похожими свойствами. Аминокислоты на основании их свойств удобно разделить на следующие группы: основные аминокислоты (такие как аргинин и лизин), кислотные аминокислоты (такие, как глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота), полярные аминокислоты (такие как глутамин, цистеин, гистидин и аспарагин), гидрофобные аминокислоты (такие, как лейцин, изолейцин, пролин, метионин и валин), ароматические аминокислоты (такие как фенилаланин, триптофан, тирозин) и малые аминокислоты (такие как глицин, аланин, серин и треонин).
В одном из вариантов осуществления изобретения указанный вариант имеет степень идентичности с а), б) или в) по меньшей мере 80%, такую как по меньшей мере 85%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%. В частности, указанные варианты имеют по меньшей мере 20% (по меньшей мере 40%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%) активности а), б) или в), как она определена здесь в анализе 1.
Термин «идентичность», как известно в данной области, относится к родству последовательностей двух или более пептидов, определяемому путем сопоставления последовательностей. В данной области «идентичность» означает также степень родственности последовательностей пептидов, определяемая числом совпадений верениц из двух или более аминокислотных остатков. «Идентичность» соответствует проценту идентичных совпадений с наименьшей из двух или более последовательностей, выровненных с введением разрывов (если они есть), проанализированных с помощью конкретной математической модели или компьютерной программы (то есть «алгоритмов»). Идентичность родственных белков можно легко рассчитать с помощью известных методов. Такие методы включают (но не ограничиваются ими) методы, описанные в «Computational Molecular Biology», под ред. Lesk A.M. Oxford University Press, New York, 1988; «Biocomputing: Informatics and Genome Projects». Под ред. Smith D.W. Academic Press, New York, 1993; «Computer Analysis of Sequence Data», Part 1. Под ред. Griffin A.M. and Griffin H.G. Humana Press, New Jersey, 1994; «Sequence Analysis in Molecular Biology». Под ред. von Heinje G. Academic Press, 1987; «Sequence Analysis Primer». Под ред. Gribskov M. and Devereux J.M.Stockton Press, New York, 1991; и Carillo и др. // SIAM J. Applied Math. 1988. Т.48. С.1073.
Предпочтительные методы определения идентичности разработаны так, чтобы дать наибольшее совпадение между тестируемыми последовательностями. Методы определения идентичности описаны в общедоступных компьютерных программах. Предпочтительные методы компьютерного программирования для определения степени идентичности двух последовательностей включают пакет программ GCG, в том числе GAP (Devereux и др. // Nucl. Acid. Res. 1984. Т.12. С.387); Genetics Computer Group, University of Wisconsin, Madison, Wis.), BLASTP, BLASTN и FASTA (Altschul и др. // J. Mol. Biol. 1990. Т.215. С.403-410). Программу BLASTX можно получить из National Center for Biotechnology Information (NCBI) и других источников (BLAST Manual, Altschul и др. NCB/NLM/NIH Bethesda, Md. 20894; Altschul и др., см. выше). Для определения идентичности можно также использовать хорошо известный алгоритм Smith Waterman.
Например, при использовании компьютерного алгоритма GAP (Genetics Computer Group, University of Wisconsin, Madison, Wis.), два белка, для которых необходимо определить процент идентичности последовательностей, выравнивают для оптимального совпадения их соответственных аминокислот («совпадающая протяженность», как она определена алгоритмом). В сочетании с этим алгоритмом используют штраф на введение разрыва (gap opening penalty) (который рассчитывают как 3-кратное значение средней диагонали; «средняя диагональ» - среднее значение диагонали в используемой матрице сравнения; «диагональ» представляет собой показатель (score) или число, приписываемое каждому полному совпадению аминокислот с помощью конкретной матрицы сравнения) и штраф на удлинение разрыва (gap extension penalty) (который обычно представляет собой 1/10 штрафа на введение разрыва), а также матрицу сравнения, такую как РАМ 250 или BLOSUM 62. В алгоритме используется также стандартная матрица сравнения (см. Dayhoff и др. «Atlas of Protein Sequence and Structure», vol. 5, supp.3 (1978) для матрицы сравнения РАМ 250; Henikoff и др. // Proc. Natl. Acad. Sci USA. 1992. Т.89. С.10915-10919 для матрицы сравнения BLOSUM 62).
Далее следуют предпочтительные параметры для сравнения белковых последовательностей:
Алгоритм: Needleman и др. // J. Mol. Biol. 1970. Т.48. С.443-453 (1970); матрица сравнения: BLOSUM 62 от Henikoff и др. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. Т.89. С.10915-10919; штраф за ведение разрыва: 12; штраф за длину разрыва: 4: порог подобия: 0.
Программа GAP применима с указанными выше параметрами. Указанные выше параметры являются параметрами по умолчанию для сравнения пептидов (без штрафа за конец разрыва) с помощью алгоритма GAP.
В одной из реализаций изобретения вариант получают добавлением до пяти аминокислот (как одной, двух, трех, четырех или пяти) к любой из указанных выше последовательностей а), б) и в), в особенности к их N-концевой части. Конкретное упоминание относится к в) (то есть к аминокислотам с №30 по №162 последовательности SEQ ID No:1) с дополнительным метионином, добавленным к N-концу, SEQ ID No:2.
Изобретение также охватывает композиции по настоящему изобретению, содержащие обсужденные выше варианты IL-21, которые были дополнительно модифицированы, например, ковалентной пришивкой к ПЭГ или к липофильному заместителю (например, как описано в WO 05/035565).
3
4
-
В одном из вариантов осуществления изобретения композиции по настоящему изобретению не содержат аммония в молярном количестве, которое равно удвоенному молярному количеству сульфатов. Поскольку аммоний является кислотой, его количество будет зависеть от рН раствора; при высоких значениях рН аммоний будет присутствовать в форме аммиака (NH). Следует понимать, что в данном контексте количество аммония должно быть рассчитано как суммарное количество аммиака и аммония. Подобным же образом количество сульфата зависит от рН. При низких значениях рН сульфат присутствует в протонированной форме (HSO ). Следует понимать, что в данном контексте количество сульфата должно быть рассчитано как суммарное количество сульфата и протонированной формы.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиции по настоящему изобретению не содержат аммония. Подразумевается, понятно, что это означает отсутствие в композициях по настоящему изобретению меди более следовых количеств.
Используемый в настоящем изобретении ион сульфата в принципе происходит из любой сульфатной соли. Определенные отрасли промышленности могут, конечно, иметь специальные требования к указанным солям, которые также следует выполнять. В качестве примера, в фармацевтической промышленности может требоваться, чтобы сульфатная соль была фармацевтически приемлемой солью. Фармацевтически приемлемые сульфатные соли включают соли металлов, такие как сульфаты лития, натрия, цинка, кальция, калия и магния, и алкилированные аммонийные соли, такие как сульфаты метиламмония, диметиламмония, триметиламмония, этиламмония, триэтиламмония, оксиэтиламмония, диэтиламмнония, бутиламмония и тетраметиламмония. Некоторые из указанных выше солей существуют более чем в одной форме, так как содержат разные количества кристаллизационной воды. Все эти формы могут быть использованы в настоящем изобретении, и особое упоминание сделано относительно сульфата натрия.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиции по настоящему изобретению не содержат меди. Подразумевается, понятно, что это означает отсутствие в композициях по настоящему изобретению меди более следовых количеств.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и сульфат.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и сульфат, при условии, что аммиак не присутствует в молярном количестве, равном удвоенному молярному количеству сульфата.
th
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение предлагает фармацевтическую композицию, содержащую IL-21 и сульфат, при условии, что аммиак не присутствует в молярном количестве, равном удвоенному молярному количеству сульфата, и при дополнительном условии, что композиция не содержит меди. Кроме IL-21 и сульфата, указанная фармацевтическая композиция может также содержать другие известные в данной области вспомогательные вещества, такие как буферы, консерванты, изотонические агенты, хелатирующие агенты, стабилизаторы, аминокислотные основания, достаточные для снижения образования агрегатов белка в ходе хранения композиции, поверхностно активные вещества, увлажняющие агенты, эмульгаторы, антиоксиданты, наполняющие агенты, ионы металлов, маслянистые носители, белки (например, человеческий сывороточный белок, желатин или белки) и цвиттер-ионы. Применение этих вспомогательных веществ хорошо известно специалисту в данной области и описано, например, в Remington: The Science and Practice of Pharmacy, 20 edition, 2000.
В одном из вариантов осуществления изобретения композиции по настоящему изобретению не содержат аммония. Подразумевается, понятно, что это означает отсутствие в композициях по настоящему изобретению меди более следовых количеств.
Фармацевтическую композицию по настоящему изобретению можно вводить в различных лекарственных формах, таких как, например, растворы, суспензии, эмульсии, микроэмульсии, множественные эмульсии, губки, мази, пасты, пластыри, таблетки, покрытые таблетки, промывания, капсулы (например, твердые желатиновые капсулы и мягкие желатиновые капсулы), свечи, ректальные капсулы, капли, гели, распыляемые вещества, порошки (например, лиофилизованные порошки), аэрозоли, лекарственные формы для вдыхания, глазные капли, глазные мази, глазные промывания, маточные суппозитории, маточные кольца, маточные мази, инъекционные растворы, преобразующиеся in situ растворы (например: гелеобразующие in situ, застывающие in situ, осаждающиеся in situ, кристаллизующиеся in situ), растворы для вливания и имплантаты.
Фармацевтическую композицию по настоящему изобретению можно вводить нуждающимся в таком лечении пациентам различными путями, такими как, например, в язык, под язык, в щеку, в рот, перорально, в желудок и кишечник, интраназально, внутрилегочно (например, через бронхи и альвеолы или комбинируя эти пути), в кожу, через кожу, вагинально, ректально, в глаза (например, через конъюнктиву), через мочеточники и парентерально. Парентеральное введение может быть осуществлено путем подкожной, внутримышечной, внутрибрюшинной или внутривенной инъекции с помощью шприца, по усмотрению с помощью шприца-ручки (pen-like). В качестве альтернативы, парентеральное введение может быть осуществлено с помощью насоса для вливания. Другим выбором может быть композиция по настоящему изобретению, которая может быть раствором или суспензией для введения в форме интраназально или внутрилегочно распыляемого вещества. Как еще один выбор, фармацевтическая композиция по настоящему изобретению может быть также приспособлена для черескожного введения (например, с помощью безыгольной инъекции или через накладку, по усмотрению электрофоретическую накладку) или для введения через слизистую оболочку (например, в щеку).
В фармацевтических композициях по настоящему изобретению, содержащих IL-21 и сульфат, IL-21 может содержаться в количествах до 500 мг/мл. В частности, IL-21 может содержаться в концентрациях вплоть до или равных 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 или 100 мг/мл. IL-21 стабилизируется при концентрациях сульфата свыше 1 мМ, таких как свыше 5 мМ, таких как свыше 7 мМ, таких как свыше 10 мМ, таких как свыше 20 мМ. Фактически сульфат может содержаться в концентрациях вплоть до 500 мМ, таких как вплоть до 150 мМ, таких как вплоть до 75 мМ, таких как вплоть до 50 мМ. Верхний предел концентрации сульфата определяется растворимостью выбранной сульфатной соли. Во многих применениях настоящего изобретения желательно иметь изотоническую или близкую к изотонической фармацевтическую композицию. В одном из вариантов осуществления изобретения изотоничность фармацевтической композиции составляет от 20% до 120%.
В одном из вариантов осуществления изобретения концентрация сульфата составляет от приблизительно 1 до приблизительно 100 мМ. В одном из вариантов осуществления изобретения концентрация сульфата составляет от приблизительно 20 до приблизительно 100 мМ. В других вариантах осуществления изобретения концентрация сульфата выбрана из группы, состоящей из приблизительно 1 мМ, приблизительно 5 мМ, приблизительно 10 мМ, приблизительно 15 мМ, приблизительно 20 мМ, приблизительно 25 мМ, приблизительно 30 мМ, приблизительно 35 мМ, приблизительно 40 мМ, приблизительно 45 мМ, приблизительно 50 мМ, приблизительно 55 мМ, приблизительно 60 мМ, приблизительно 65 мМ, приблизительно 70 мМ, приблизительно 75 мМ, приблизительно 80 мМ, приблизительно 85 мМ, приблизительно 90 мМ, приблизительно 95 мМ и приблизительно 100 мМ.
Фармацевтическая композиция по настоящему изобретению может также быть, например, не изотонической, и может подразумеваться, что перед введением она может быть сделана изотонической, например, путем разбавления. Для этого может быть необходима поставка более концентрированных фармацевтических композиций, которые затем перед введением превращаются в изотонические, например, врачом или пациентом.
В одном из вариантов осуществления изобретения к композициям по настоящему изобретению добавляют хлорид. В частности, может добавляться до 150 мМ хлорида.
В фармацевтических композициях по настоящему изобретению значение рН предпочтительно находится между 2 и 8, и для фармацевтических композиций с рН между 4 и 6, с таким как, например, 5,3, делается специальное указание.
2
4
Пример композиции по настоящему изобретению состоит из 10 мг/мл пептида, определенного последовательностью SEQ ID No:2, 10 мM NaSO и гистидина в качестве буфера при рН 5,3.
Вклад конкретного вспомогательного вещества в стабильность фармацевтических композиций обычно оценивают, приготавливая испытуемую композицию (in casu композицию по настоящему изобретению) и референсную композицию (in casu такую же композицию, но без сульфата). Затем обе композиции хранят при контролируемых условиях, например: 2 недели при 40°С, 2 месяца при 25°С или 6 месяцев при 5°С. После хранения подходящим методом анализа измеряют в обеих композициях остаточную активность представляющего интерес пептида. Для содержащей IL-21 композиции может быть использован анализ агрегации, описанный здесь в примере 11. Могут быть также применены другие методы анализа, в которых измеряется количество/активность IL-21 или продуктов деструкции.
Один из примеров осуществления настоящего изобретения относится к применению сульфата для содействия сворачиванию или повторному сворачиванию IL-21 из состояния развернутого или частично развернутого IL-21. В частности, добавление ионов сульфата может повышать скорость сворачивания или обеспечивать правильное сворачивание. Если IL-21 продуцируется при выращивании определенных микроорганизмов, которые не обеспечивают правильного сворачивания пептидов, пептиды могут экспрессироваться в тельцах включения, содержащих развернутые или частично развернутые пептиды. После разрушения указанных телец включения правильно свернутый пептид может быть получен в процессах, включающих добавление сульфатных ионов.
Присутствие сульфатных ионов приводит к получению более компактной и стабильной структуры IL-21. Это можно использовать при хроматографической очистке IL-21, чтобы изменить профиль хроматографического элюирования пептида, и, в особенности, чтобы получить более узкий и лучше разрешенный элюируемый пик. Полезное действие добавления сульфата можно видеть при различных типах хроматографии, таких как ионообменная хроматография (катионообменная хроматография и анионообменная хроматография), хроматография на основе гидрофобных взаимодействий и гель-проникающая хроматография. Более узкий элюируемый пик удобен в ситуациях, когда необходимо разделение близко элюирующихся пиков, но это также удобно вообще, так как элюируемый пик можно собрать в меньшем объеме, что упрощает и удешевляет дальнейшую окончательную обработку. Согласно настоящему изобретению, сульфат присутствует в концентрации по меньшей мере вблизи 3 мМ, в такой как по меньшей мере вблизи 7 мМ, в такой как по меньшей мере вблизи 10 мМ. Фактически ожидается, что верхний предел концентрации сульфата определяется только растворимостью применяемой сульфатной соли. В случае использования сульфата натрия как источника сульфата это специально указывается.
Значение рН при хроматографических процессах по настоящему изобретению может быть в пределах от 1 до 10, такое как от 2 до 9, такое как от 3 до 8, такое как от 4 до 7, такое как от 5 до 6.
В данной области известно много хроматографических материалов, примеры включают материал для анионообменной хроматографии, материал для катионообменной хроматографии, материал для хроматографии на основе гидрофобных взаимодействий и материал для гель-проникающей хроматографии.
Структура, которая лучше определена, легче кристаллизуется, и поэтому настоящее изобретение предлагает также использование сульфата для улучшения кристаллизации IL-21. В данном контексте «улучшением» может быть повышение скорости кристаллизации или получение кристаллов, более подходящих, например, для рентгеноструктурного анализа.
Было высказано предположение, что IL-21 полезен для лечения различных типов рака или опухолевых заболеваний или расстройств. В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к способу лечения рака, причем способ включает введение нуждающемуся в этом пациенту терапевтически эффективного количества композиции по настоящему изобретению, содержащей IL-21 и сульфат. Конкретное упоминание сделано относительно метастазирующей злокачественной меланомы, карциномы почечных клеток, рака яичников, рака малых клеток легких, рака клеток, не являющихся малыми клетками легких, рака груди, рака прямой и толстой кишки, рака простаты, рака поджелудочной железы, рака мочевого пузыря, рака пищевода, рака шейки матки, внутриматочного рака, лимфомы и лейкоза.
В более специфических аспектах изобретения понятно, что термины «опухолевые расстройства», «рак» относятся ко всем формам опухолевого роста клеток, включая как кистозные, так и плотные опухоли, опухоли костей и мягких тканей, включая как доброкачественные, так и злокачественные опухоли, включая опухоли анальной ткани, желчных протоков, мочевого пузыря, клеток крови, костей, вторичные опухоли костей, кишечника (прямой и толстой кишки), мозга, мозга (вторичные), груди, груди (вторичные), карциноиды, опухоли шейки матки, детские типы рака, опухоли глаз, пищевода, головы и шеи, саркому Капоши, опухоли почек, гортани, лейкоз (острый лимфобластоидный), лейкоз (острый миелоидный), лейкоз (хронический лимфолейкоз), лейкоз (хронический миелолейкоз), лейкоз (другие типы), опухоли печени, печени (вторичные), легких, легких (вторичные), лимфатических узлов (вторичные), лимфому (типа Ходжкина), лимфому (не типа Ходжкина), меланому, мезотелиому, миелому, опухоли яичников, поджелудочной железы, пениса, простаты, кожи, саркомы мягких тканей, опухоли желудка, яичек, щитовидной железы, первичные опухоли неизвестного происхождения, опухоли влагалища, вульвы, матки.
Опухоли мягких тканей включают доброкачественную моносомную невриному, десмоидную фиброму, липобластому, липому, лейомиому матки, саркому паренхиматозных клеток, дерматофибросаркому, саркому Эвинга, внескелетную слизеподобную хондросаркому, слизеподобную липосаркому, хорошо дифференцированную липосаркому, альвеолярную рабдомиосаркому и синовиальную саркому.
Специфические опухоли костей включают неокостеневающую фиброму, однополостной кистоз костей, энхондрому, аневризматический кистоз костей, остеобластому, хондробластому, хондромиксофиброму, окостеневающую фиброму и адамантиному, опухоль гигантских клеток, фиброзную дисплазию, саркому Эвинга, эозинофильную гранулему, остеосаркому, хондрому, хондросаркому, злокачественную фиброзную гистоцитому и метастазирующую карциному.
Лейкозы относятся к типам рака белых клеток крови, вырабатываемых костным мозгом. Они включают (но не ограничиваются ими) 4 главных типа лейкозов: острый лимфобластоидный (ALL), острый миелобластоидный (AML), хронический лимфоцитарный (CLL) и хронический миелоидный (CML).
Кроме того, возможно терапевтическое применение IL-21 при раке на различных неметастатических и метастатических стадиях, таких как: «стадия 1» (локализованная) (ограниченная органом возникновения), «стадия 2» (региональная), «стадия 3» (экстенсивная) и «стадия 4» (рак с обширной диссеминацией).
IL-21 использовался также в лечении вирусных инфекций, таких как: вирус гепатита В, вирус гепатита С, вирус иммунодефицита человека, респираторно-синцитиальный вирус, вирус Эпштейна-Барр, вирус гриппа, цитомегаловирус, вирус герпеса и тяжелый острый респираторный синдром.
В одном из вариантов осуществления настоящее изобретение относится к применению IL-21 и сульфата в производстве лекарственного средства для лечения рака. Специально упомянуты типы рака из приведенного выше списка.
Все ссылки, в том числе на публикации, патентные заявки и патенты, здесь цитированные, включены сюда ссылкой во всей их полноте и в такой же степени, как если бы каждая ссылка была индивидуально и конкретно указана как включенная ссылкой, и были приведены здесь во всей полноте (в максимальной разрешенной законодательством степени), независимо какого-либо сделанного здесь в другом месте отдельно предоставленного включения конкретных документов.
Использование в английском тексте неопределенных и определенного артиклей и единственного и множественного числа в контексте описания настоящего изобретения следует толковать как охватывающее как единственное, так и множественное число, если только здесь не указано иное или если это не противоречит явно содержанию. Например, слово «соединение» следует понимать как относящееся к различным «соединениям» настоящего изобретения или конкретного описанного аспекта, если не указано иное.
Если не указано иное, все приведенные здесь точные величины представляют соответствующие приближенные величины (например, все точные приведенные для примера величины, приведенные на основании конкретного фактора или измерения, могут считаться также как представляющие результат соответствующего приближенного измерения, модифицированный в этом случае добавкой «приблизительно»).
Подразумевается, что приведенное здесь описание любого аспекта или аспекта изобретения с применением терминов «включающий», «имеющий» или «содержащий» со ссылкой на элемент или элементы относится к подобному аспекту или аспекту изобретения, которое «состоит из», «по существу состоит» или «в основном включает» этот конкретный элемент или конкретные элементы, если не указано иное или если это не противоречит явно содержанию (например, следует понимать, что композиция, описанная здесь как содержащая конкретный элемент, описана также как композиция, состоящая из этого элемента, если не указано иное или если это не противоречит явно содержанию).
Анализ 1
50
Активность IL-21 можно анализировать в клеточном биотестировании на мышиных клетках Baf3, стабильно трансфицированных для экспрессии человеческого IL-21 R вместе со сцепленной с Stat люциферазной репортерной конструкцией. Клетки Baf3 эндогенно экспрессируют компонент gc активного комплекса рецептора IL-21. Репортерную линию клеток Baf3/hIL-21R перед стимуляцией заставляли голодать в среде без IL-3 в течение 18 ч. Для вычисления концентрации 50% действия (IC) можно получить кривые дозовой зависимости от концентрации белка IL-21. Клетки Baf3 описаны в работе Palacios R. // Nature. 1984. Т.309. №5964. С.126-31, их получают в банке клеток Cell Bank в RIKEN BioResource Center (http://www2.brc.riken.ip/lab/cell/detail.cgi?cell no=RCB0805).
Примеры
В следующих примерах под IL-21 подразумевают пептид, идентифицированный последовательностью SEQ ID No:2.
Пример 1. Флуоресценция ANS
ANS (1-анилиннафталин-8-сульфоновая кислота) связывается с гидрофобными центрами белков. Усиление интенсивности флуоресценции указывает на увеличение связывания молекул ANS с белком. В свою очередь это указывает на меньшую структурированность молекулы, поскольку в менее структурированном белке доступно большее число гидрофобных центров. Более слабая интенсивность флуоресценции является индикатором более компактной структуры белка, в котором снижено количество гидрофобных центров, доступных для связывания ANS.
2
4
Все пробы содержали 0,05 мг/мл (3,2 мкМ) IL-21, 10 мМ буфер (конкретный буфер и значения рН указаны на чертеже) и, если указано, 50 мМ NaSO. Непосредственно перед измерением добавляли 16 мкМ ANS.
Спектры флуоресценции ANS регистрировали с помощью флуоресцентного спектрофотометра Varian Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotomete, снабженного термостатированной ячейкой (Varian Cary Single cell Peltier accessory). Были использованы следующие установочные параметры и режимы флуоресцентного спектрофотометра.
Возбуждение образцов осуществляли при 390 нм. Щель и для возбуждения, и для эмиссии была 5 нм, фотоумножитель был установлен на режим «high», была задана температура 20°С. Спектры эмиссии регистрировали в диапазоне 400-700 нм. Для каждого образца регистрировали и усредняли 3 спектра.
max
Длину волны максимума эмиссии (λ) определяли расчетом первой производной спектра эмиссии после вычитания соответствующей базовой линии.
Представленные на фиг.1 данные показывают спектры ANS при связывании с IL-21 при различных значениях рН и в различных буферах. Данные ясно показывают, что с повышением рН IL-21 приобретает более компактную структуру. Примечательно, что добавление сульфата существенно повышает компактность структуры IL-21. Из этого сделан вывод, что сульфат стабилизирует структуру IL-21.
Пример 2. Круговой дихроизм (КД) в дальней УФ области
Спектры КД белков в дальней УФ области отражают асимметрию пептидных связей, которая в свою очередь отражает вторичную структуру белка. Спектры в дальней УФ области белков с преобладающей α-спиральной конформацией характеризуются двумя разрешенными минимумами при 208 и 222 нм, положительным пиком в области 190-195 нм и точкой перехода от отрицательной к положительной эллиптичности выше 172 нм. При различных значениях рН было исследовано влияние сульфата на вторичную структуру IL-21.
Спектры регистрировали с помощью спектрополяриметра Jasco РТС-4238, снабженного блоком контроля температуры. Показанные спектры являются усреднением трех спектров, полученных регистрацией с шагом 0,1 нм и временем ответа 4 с при скорости сканирования 20 нм/мин. Спектры регистрировали в диапазоне от 180 до 250 нм. Для вычитания нулевой линии регистрировали «пустые» спектры. Концентрация белка была равна 10 м/мл.
На фиг.2 показаны спектры при рН 2 в фосфатном буфере в присутствии сульфата и без сульфата. При рН 2 без сульфата IL-21 находится в равновесной форме между α-спиралью и статистическим клубком. Однако добавление сульфата способствует образованию α-спиральной конформации. Фигуры 3 и 4 показывают, что в особенности при рН 5,3, но также и при рН 6,0, добавление сульфата приводит к увеличению пиков в области 190-195 нм, что указывает на повышение содержания α-спиральной структуры. Данные из фигур 2-4 представлены также на фигурах 5 и 6, причем на фиг.5 показаны спектры КД в дальней УФ области IL-21 при рН 2-6 без сульфата, а на фиг.6 показаны спектры КД в дальней УФ области IL-21 в том же интервале рН с добавлением сульфата. Сравнение фигур 5 и 6 ясно показывает, что добавление сульфата делает вторичную структуру IL-21 более однородной в широком интервале значений рН.
Таким образом, сделан вывод, что добавление сульфата к композициям с IL-21 повышает содержание α-спиралей в структуре IL-21 в широком интервале значений рН.
Пример 3. Круговой дихроизм (КД) в ближней УФ области
КД в ближней УФ области отражает третичную структуру белка. Чем выше амплитуда спектров в ближней УФ области, тем больше степень образования третичной структуры белка. Спектры IL-21 в ближней УФ области регистрировали в интервале значений рН от 2 до 6 в различных буферах в присутствии сульфата и без добавления сульфата.
Спектры регистрировали с помощью спектрополяриметра Jasco РТС-4238, снабженного блоком контроля температуры. Показанные спектры являются усреднением трех спектров, полученных регистрацией с шагом 0,1 нм и временем ответа 4 с при скорости сканирования 20 нм/мин. Спектры регистрировали в диапазоне от 250 до 350 нм. Для вычитания нулевой линии регистрировали «пустые» спектры. Концентрация белка была равна 10 м/мл, за исключением опытов, представленных на фиг.12, где концентрация белка была 2 мг/мл.
На фиг.7 показаны спектры КД в ближней УФ области IL-21 в концентрации 10 мг/мл при рН 2 (фосфатный буфер) с добавлением 50 мМ сульфата и без добавления сульфата. Представленные на чертеже данные ясно показывают, что добавление сульфата повышает степень образования третичной структуры IL-21.
На фиг.8А показаны спектры КД в ближней УФ области IL-21 в концентрации 10 мг/мл при рН 5,3 (гистидиновый буфер) с добавлением 50 мМ сульфата и без добавления сульфата. Представленные на чертеже данные ясно показывают, что добавление сульфата повышает степень образования третичной структуры IL-21. На фиг.8Б показаны спектры КД в ближней УФ области IL-21 в концентрации 10 мг/мл при рН 5,3 (ацетатный буфер) с добавлением 50 мМ сульфата и без добавления сульфата. Представленные на чертеже данные ясно показывают, что добавление сульфата повышает степень образования третичной структуры IL-21. Из данных, представленных на фигурах 8А и 8Б, очевидно, что добавление сульфата повышает степень образования третичной структуры IL-21 независимо от состава буфера.
На фиг.9 показаны спектры КД в ближней УФ области IL-21 в концентрации 10 мг/мл при рН 6,0 (фосфатный буфер) с добавлением 50 мМ сульфата и без добавления сульфата. Представленные на чертеже данные показывают, что наблюдается небольшое, но достоверное повышение степени образования третичной структуры IL-21 при этом значении рН.
На фиг.12 показаны спектры КД в ближней УФ области IL-21 в концентрации 2 мг/мл при рН 2 в различных буферах. Спектры КД для содержащего сульфат буфера разительно отличаются от других спектров с переходом от слабого отрицательного к намного более положительному КД.
Пример 4. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
Дифференциальная сканирующая калориметрия измеряет разворачивание или температуру плавления белка. Хорошо разрешенный узкий пик является свидетельством компактной и определенной структуры и структурной компактности белка, тогда как широкий пик свидетельствует о намного более рыхлой структуре.
2
4
Капиллярную ДСК проводили с помощью калориметра Microcal VP-DSC. Образцы сканировали в интервале температур от 10°С до 110°С при скорости сканирования 3°С/мин. Прогон образца поводили с его индивидуальным буфером для сравнения. Из спектров образцов вычитали референсные кривые буфер-буфер, чтобы получить окончательные характерные спектры образцов. Образцы содержали 10 мг/мл IL-21, 10 мМ гистидина при рН 5,3 и там, где указано, 50 мМ NaSO.
Приведенные на фиг.10 данные показывают, что добавление сульфата к IL-21 приводит к появлению пика на термограмме ДСК. Это указывает на то, что сульфат повышает структурную компактность IL-21.
Пример 5. Приготовление растворимой рецептуры с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с 10 мМ гистидина
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Пример 6. Приготовление 4 растворимых рецептур с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с 10 мМ гистидина и различными количествами сульфата натрия (3, 10, 50 и 150 мМ)
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему). Добавляли рабочий раствор сульфата натрия 10,6% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Процедуру повторяли 4 раза, добавляя различные количества рабочего раствора сульфата натрия.
Пример 7. Приготовление растворимой рецептуры с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с маннитом 4,7% (вес к объему) и гистидином 10 мМ
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором маннита 23,6% (вес к объему) и рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Пример 8. Приготовление растворимых рецептур с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с маннитом 4,7% (вес к объему), гистидином 10 мМ и различными количествами сульфата натрия (3, 10, 50 и 150 мМ)
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором маннита 23,6% (вес к объему) и рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему). Добавляли рабочий раствор сульфата натрия 10,6% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Процедуру повторяли 4 раза, добавляя различные количества рабочего раствора сульфата натрия.
Пример 9. Приготовление растворимых рецептур с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с гистидином 10 мМ, сульфатом натрия 50 мМ и различными количествами хлористого натрия (50 и 150 мМ)
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему) и рабочим раствором хлористого натрия 4,38% (вес к объему). Добавляли рабочий раствор сульфата натрия 10,6% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Процедуру повторяли 2 раза, добавляя различные количества рабочего раствора хлористого натрия.
Пример 10. Приготовление растворимых рецептур с 10 мг/мл IL-21 при рН 5,3 с маннитом 4,7% (вес к объему), гистидином 10 мМ, сульфатом натрия 50 мМ и различными количествами хлористого натрия (50 и 150 мМ)
Рабочий раствор IL-21 2,4% (вес к объему) объединяли с рабочим раствором маннита 23,6% (вес к объему), рабочим раствором гистидина 1,52% (вес к объему) и рабочим раствором хлористого натрия 4,38% (вес к объему). Добавляли рабочий раствор сульфата натрия 10,6% (вес к объему). Устанавливали рН раствора 5,3 добавлением HCl и NaOH, добавляли воду, чтобы разбавить рецептуру до конечного объема. Рецептуру стерилизовали фильтрованием через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм и разливали в стерилизованные флаконы в асептических условиях.
Процедуру повторяли 2 раза, добавляя различные количества рабочего раствора хлористого натрия.
Пример 11. Стабильность при хранении
Флаконы, содержащие рецептуры из примеров с 5 по 11, выдерживали при различных температурах: 37°С, 25°С, 15°С, 5°С и -20°С. В различные моменты времени отбирали пробы для анализа. Содержание «агрегатов» (в том числе ковалентных димеров и других высокомолекулярных примесей) в рецептурах с IL-21 определяли с помощью гель-проникающей ВЭЖХ на колонке TSK. Процент агрегатов рассчитывали как отношение общей площади пиков, элюирующихся до главного пика IL-21, к полной площади пиков в пределах объема элюирования.
Результаты для образцов, хранившихся в течение 1 месяца при 37°С, нормированные по данным для взятой для сравнения рецептуры из примера 5 (то есть рецептуры без сульфата или маннита) приведены в таблице 1. Данные представлены также на фиг.11.
Данные из таблицы 1 (или представленные на фиг.11) показывают, что сульфат повышает стабильность IL-21 при хранении. Данные показывают также, что это положительное действие зависит от концентрации сульфата. Более того, данные показывают, что хлорид также повышает стабильность при хранении и что этот эффект также зависит от концентрации хлорида. Наконец, данные показывают, что при добавлении к композиции с IL-21 и сульфата, и хлорида достигается аддитивное действие. Таким образом, установлено, что действие сульфата на структуру IL-21, продемонстрированное в биофизических опытах, раскрытых в примерах 1-4, находит отражение в повышении стабильности композиций с IL-21.