JP4127852B2 - Activated linker and its production and purification method - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は活性化リンカーの製造方法、特に反応性マイケルアクセプターを有する活性化リンカーの製造方法、及び、活性化リンカーの効率的な精製方法に関する。
発明の背景
ポリエチレングリコール(“PEG”)はエチレンオキシド単位から成る長鎖直鎖状合成ポリマーである。エチレンオキシド単位は可変であり、従って、得られるPEG化合物は約200〜100,000の範囲の分子量を有し得る。PEGは典型的には、無色無臭、水溶性、熱安定性であり、加水分解や劣化を生じることがなく、無毒性である。従って、医薬品、人工移植組織、及び、その他の生体親和性が重要な用途にPEGを使用する研究は広範に行われてきた。
種々の表面及び分子にPEGを付着させ得る活性部分を有しているPEGの種々の誘導体は公知である。例えば、表面の湿潤及び帯電並びに表面に対する他の分子の付着を制御するために表面にPEGを結合させる目的でPEG誘導体が使用されている。より詳細には、反応性カルボニル基、ニトリル基またはスルホン基を有する試薬とPEGとを反応させて、ヒドロキシル基を反応性マイケルアクセプター(Michael acceptor)に変換して“活性化リンカー”を形成させることによってPEG誘導体を形成する。“活性化リンカー”は、種々のタンパク質を修飾して改良された生物学的に活性のコンジュゲートを得るために有用である。
タンパク質にPEGを付着(“PEG付加またはPEG化(PEGylation)”)させることによって、(1)タンパク質の血漿半減期の延長、1994年9月20日付けのDelgadoらの米国特許第5,349,052号参照;(2)溶解度増加のようなタンパク質の生化学的特性及び物理的特性の改変、Chenら,Biocem.Biophys.Acta,660:293−298(1988)、及び、タンパク質分解に対する防御の強化、Sadaら,J.Fermentation Bioengineering 71:137−139(1991)参照;並びに、(3)抗原性の低減、Davisら,“Biomedical Polymers.Polymeric Materials and Pharmaceuticals for Biomedical Use”,(Eds.Goldberg & Nakajima)pp 441−452,Academic Press,N.Y.(1980)参照、などが得られることは証明されている。
表面及び分子にPEGを付着させる際にいくつかの問題が生じた。PEG付加用試薬の大半はポリペプチドの遊離一次アミノ基と反応する。これらの遊離アミンの多くはリシンアミノ酸残基のε−NH2基である。典型的なタンパク質は多数のリシン残基を有しているので、多数のPEG分子のランダム付着、即ち、非特異的PEG付加がしばしば生じる。非特異的PEG付加はタンパク質活性を低下させる。従って、PEG付加タンパク質を治療に使用する予定であっても、非特異的PEG付加によって多数の種が生じ、再現及び特性決定が可能な性質の生成物が製造され難い。そのため、非特異的PEG付加が生じると、治療方法を評価することや、治療の効果及び投薬情報を確定することが難しい。このようなタンパク質の部位選択的なPEG付加ができれば、活性低下を伴うことなく望ましいPEG付加だけが与えられるように再現可能に修飾された物質を得ることができよう。
特に、国際特許公開WO95/13312は、分子及び表面のアミノ部分でなくチオール部分に極めて選択的に結合する水溶性スルホン活性化PEGを記載している。これらのPEG誘導体はpH約11以下の水性環境中で加水分解に対して長期間安定であり、分子と連鎖を形成して、同じく加水分解的に安定なコンジュゲートを形成し得る。PEGと生物学的活性分子とが結合した連鎖は、チオール部分に結合したスルホン部分を含み、式PEG−SO2−CH2−CH2−S−Wで示される構造を有しており、式中のWは生物学的活性分子を表し、スルホン部分はビニルスルホンまたは活性エチルスルホンである。
このようなスルホン活性化リンカーによって修飾され得る生物学的活性分子の一例は、TNF結合タンパク質(“TNFbp”)(TNF阻害物質又はTNF抑制剤とも呼ばれる)である。TNFbpはリューマチ様関節炎及び敗血症ショックのようなTNF介在疾患を治療する治療薬として重要である。TNF結合タンパク質は当業界で開示されている。例えば、EP308,378、EP393,438、EP422,339、WO90/13575、EP398,327、EP412,486、WO91/03553、EP418,014、JP127,800/1991、EP433,900、米国特許No.5,136,021、EP512,528、EP526,905、WO93/07863、EP568,928、WO93/21946、WO93/19777、EP417,563、GB2,246,569、1996年7月9日出願の米国特許仮出願No.60/021443、1996年12月6日出願の米国特許仮出願No 。これらの文献の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。
参照によって本発明に含まれるWO92/16221は、式R1−X−R2(“ダンベル(dumbbell)”化合物と呼ばれる)によって表される形態のTNFbpを記載している。式中のR1及びR2は生物学的に活性のTNFbp基であり、Xは少なくとも1つのマイケルアクセプター基、例えばスルホン活性化PEGを有している非ペプチド性ポリマースペーサーである。c105 TNFbpムテインダンベルと呼ばれる1つの特定化合物は、式中のR1及びR2がc105 30kDa TNFbpムテインを表し、Xが20Kのポリエチレングリコールビス−ビニルスルホン(20kDaのPEGbv)を表すホモダンベル化合物であり、R1及びR2がシステイン105残基でPEGbvに部位特異的に結合している。
モノ、ジまたはポリPEG付加化合物を製造するときに当業者がしばしば遭遇する問題は、20kDa PEGbvまたは他の活性化リンカーの合成手順が、使用される合成手順次第ではいくつかの欠点を有することである。例えば、種々の分子及び表面に付着させるリンカーとして有用な官能基によってPEGを活性化する慣用の方法は概して労働集約的及び時間集約的である。このような方法はしばしば、所望の生成物を製造するためにマルチステップ反応手順を必要とする。従って、所望のコンジュゲートを形成するために使用できる活性化リンカーの効率的な製造方法が要望されている。
特に問題となる別の欠点は、得られた20kDa PEGbvがしばしば、高分子量のPEG不純物とPEGモノビニルスルホン種とPEGビス−ビニルスルホン種とを含むことである。これらの不純物は所望の化合物の総収率に不利な影響を与える。従ってまた、PEGbvまたは他の活性化リンカーを更に精製し、これによって所望の化合物の純度及び総収率を改善する方法が要望されている。
低及び中分子量(<5K)のPEGをサイズに基づいて分離する逆相高速液体クロマトグラフィー(rpHPLC)の使用に関しては多くの研究グループが報告している。例えば、Murphyら,J.Chromat.,211;160−165(1981);Laiら,J.High Res.Chrom.& Chrom.Comm.,7:494−496(1984);Barka & Hoffman,J.Chromat.,389:273−278(1987)参照。これらの技術は比較的有効ではあるが、高価な樹脂と有機溶媒とを使用するという欠点がある。また、これらの方法は、製造用手順ではなくむしろ分析用手順である。HPLCを用いてより大きい分子量のPEGの分離に成功したという報告はない。中及び高分子量(1K〜40K)のPEGは、誘導体化した種々のシリカ支持体を用いたサイズ排除クロマトグラフィーによって分析されていた。Engelhardt & Mathes,J.Chromat.,185:305(1979)参照。
疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)は、生体分子の分析用及び製造用の精製方法として定評がある。HICの基礎となる化学的原理は、すべての処理が疎水性に基づくという点で塩沈殿の原理と同様であり、逆相液体クロマトグラフィー(RPLC)に関連する原理に近い。HICは、高い塩濃度で弱い疎水性の表面に分子を吸着させ、次いで漸減する塩勾配を用いて溶出させる。従って、HICの特徴は、高い活性回収率を得るために、塩沈殿の非変性的という特徴とクロマトグラフィーの精度とを結び付けたことにある。更に、HICは低い結合エネルギーで作用できるので、移動相に高価な有機溶媒を使用する必要がない。
PEGを分離するため、特に高分子量PEGを分離するためにHIC樹脂を使用することがこれまでに報告されたことはない。PEGはサイズに関わりなく相対的に同じ疎水性を有しているので、当業者はHICがサイズに基づくPEGの分離に有効であるとは予想していなかった。
発明の概要
本発明は、種々の目的に有用な活性化リンカーの新規な製造及び精製方法を提供する。簡単に説明すると、本発明の活性化リンカーの製造方法は、反応性ヒドロキシル基を有する化合物を入手し、テトラヒドロフラン(THF)を転換用溶媒として用いてヒドロキシル基を反応性マイケルアクセプターに変換することによって、活性化リンカーを形成する方法である。活性化リンカーの精製方法は、HICを使用して、サイズ及び末端基の官能性に基づいてリンカーを分離する。
より特定的には、本発明の目的は、20kDaのポリエチレングリコールビス−ビニルスルホン(“20kDa PEGbv”)を製造及び精製するために、ブチルまたはフェニルHIC樹脂を使用して、PEGビス−ビニルスルホンから高分子量PEG不純物及びPEGモノ−ビニルスルホンを分離する方法である。重要な点は、このような精製方法は有機溶媒の添加を必要としないことである。より重要な点は、精製された活性化リンカーは種々のタンパク質を修飾するために使用でき、非精製の活性化リンカーによって形成されたコンジュゲートに比較して劇的に向上した純度及び総収率で生物学的に活性のコンジュゲートを与えることである。
例えば、アルコール、及び特に−OH官能基をもつポリマーのような少なくとも1つの反応性ヒドロキシ基をもつ化合物を使用し得る。ホモポリマー、ランダムもしくはブロックコポリマーまたはターポリマーのようなポリマーが有用であり、特に、ポリエチレングリコール(PEG)類、ポリプロピレングリコール類、ポリアルキレンオキシド類、ポリオキシエチル化ポリオール類及びポリビニルアルコールが有利である。これらのうちで、2kDa〜100kDaダルトンの範囲の分子量をもつポリエチレングリコールが特に有用であり、なかでも、分子量3.4kDa、5kDa、10kDaまたは20kDaのPEGが有用である。このようなPEGはPEGジオールの形態を有していてもよい。
上記方法に使用できる反応性スルホン基を有する有用な試薬の非限定例は、ビニルスルホン及びジビニルスルホンである。1個または2個の反応性ヒドロキシ基を有するPEGと共に使用されると、方法によってPEG−ビニルスルホン及びPEG−ビス−ビニルスルホンが夫々生成される。このような活性化リンカーは、モノPEG付加化合物の製造、並びに、リンカーが2つ以上の部分に付着し得るダンベル化合物及び多量体化合物の製造に使用できる。THFを溶媒として用い1:10〜1:50(重量/容量)の範囲のPEG対THF比で添加すると本発明の方法に有用であることが判明した。1:30の比が特に有用であることが判明した。
使用できると考えられる生物学的活性分子は、合成分子、天然産生分子または修飾された天然産生分子のいずれでもよい。
本発明の1つの特徴によれば、2kDa〜100kDaの範囲の分子量を有するPEGまたは別の活性化リンカーを、慣用のクロマトグラフィー方法を用いてHIC樹脂に保持させ、HIC樹脂から溶出させる。好ましい実施態様では、逆直線状塩勾配を用いてリンカーを樹脂から溶出させる。従って、サイズ及び/または末端基の官能性に基づいて種々の形態のリンカーが分離される。好ましくは、リンカーはスルホン活性化リンカーであり、HIC樹脂はブチルまたはフェニルHIC樹脂から成る。特に好ましい実施態様では、本発明は、Toyopearl▲R▼ブチル−650MのHIC樹脂を用い、20kDaのポリエチレングリコールビニルスルホンまたはビス−ビニルスルホン(“20kDa PEGbv”)を精製する方法を提供する。
本発明の更に別の特徴によれば、HIC精製した非ペプチド性ポリマーリンカーを生物学的活性分子と反応させることによって、同じ分子を含有するこれまでに記載された化合物に比較して改良された総純度及び収率でダンベル化合物が得られる。好ましくは、HIC精製されたポリマーリンカーがスルホン活性化PEGであり、生物学的活性分子は、TNF阻害物質、インターロイキン1のレセプターアンタゴニスト(“IL−1ra”)、血小板由来増殖因子(“PDGF”)のエキソン6ペプチド、インターロイキン2(“IL−2”)の阻害物質及びレセプター(“IL−2r”)から成るグループから選択される。特に好ましい実施態様では、HIC精製されたポリマーリンカーが20kDaのビニルスルホンまたはPEGbvであり、生物学的活性分子がTNFbpである。
本発明の化合物を含有する医薬組成物も本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
図1は、ToyoPearl▲R▼ブチル650M HICカラムから溶出する種々のPEGジオールの溶出プロフィルを示す。PEG含有画分をネスラー試薬で検出し、SEC HPLCを用いて実施例3に記載の手順で分子量を確認した。
図2は、ToyoPearl▲R▼フェニル650M HICカラム(ベッドボリューム1mlあたり2mgのローディング)から溶出する20kDaのPEGbv及び高分子量PEGbvの溶出プロフィルを示す。PEG濃度をネスラー試薬で測定し、SEC HPLCを用い実施例3に記載の手順で分子量不純物の%を測定した。
図3は、ToyoPearl▲R▼ブチル650M HICカラムから溶出する20kDaのPEGbv(ベッドボリューム1mlあたり2mgのローディング)の溶出プロフィルを示す。PEG含有画分をネスラー試薬で検出し、600nmの混濁度を測定した。
図4は、SEC−HPLCカラムから溶出するHIC非精製の20kDa PEGbvの溶出プロフィルを示す。
図5は、SEC−HPLCカラムから溶出するHIC精製した20kDa PEGbvの溶出プロフィルを示す。HIC精製にはToyoPearl▲R▼ブチル650M HICカラム(ベッドボリューム1mlあたり8mgのローディング)を使用した。
図6は、TNFbpのPEG付加混合物(HIC非精製の20kDa PEGbvを使用した混合物)の典型的なPOROSTMHSカチオン交換溶出プロフィルを示す。図示のような種々のTNFbpピークが観察される。
図7は、TNFbpのPEG付加混合物のPOROSTMHSカチオン交換溶出プロフィルを示す。PEG付加混合物は、ToyoPearl▲R▼ブチル650M HICで精製した20kDa PEGbvを使用し実施例5に記載の手順で調製した。
図8は、TNFbpのPEG付加混合物のPOROSTMHSカチオン交換溶出プロフィルを示す。PEG付加混合物は、HIC非精製の20kDa PEGbvを使用し実施例5に記載の手順で調製した。
図9は、SP−Sepharose HPカラムから溶出するc105 TNFbvムテインダンベルの溶出プロフィルを示す。A280吸光度を経時的にプロットする。c105 TNFbvムテインダンベルは、ToyoPearl▲R▼ブチル650M HICで精製した20kDa PEGbvを用いて調製した。
図10は、SP−Sepharose HPカラムから溶出するc105 TNFbvムテインダンベルの溶出プロフィルを示す。A280吸光度を経時的にプロットする。c105 TNFbvムテインダンベルは、HIC非精製の20kDa PEGbvを用いて調製した。
図11は、20kDa PEGbvのToyoPearl▲R▼ブチル650M HIC精製によって得られた“初期溶出”画分のPOROSTMHSカチオン交換溶出プロフィルを示す。PEG付加混合物は実施例6に記載の手順で調製した。
詳細な説明
活性化ポリエチレングリコール及びその他の活性化リンカーの製造及び精製方法を、より詳細に以下に検討し、実施例で説明する。実施例は本発明の種々の特徴を示しており、スルホン活性化PEG、20kDaのポリエチレングルコールビニルスルホンまたはビス−ビニルスルホン(“20kDa EGbv”)を製造する“ワンステップ”方法の使用、及び、高分子量PEG不純物を分離するためのブチル及び/またはフェニルHIC樹脂の使用によって得られた結果を示している。これらの結果は意外にも、HICもまた、20kDa PEGbvからPEGモノ−ビニルスルホンを分離し、得られた精製20kDa PEGbvは、TNFbpのPEG付加に使用されたとき、HIC非精製の20kDa PEGbvまたはマルチステップ手順で合成された20kDa PEGbvを用いて調製されたコンジュゲートに比較して劇的に向上した総収率及び純度で生物学的に活性のコンジュゲートを生成することを示した。
本発明の活性化リンカーの製造方法では、反応性ヒドロキシル基を有する化合物を入手し、変換用溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を用いてヒドロキシル基を反応性マイケルアクセプターに変換する。任意に、反応性ヒドロキシル基を有する化合物を先ずトルエンに溶解し、次いで、ヒドロキシル基をマイケルアクセプターに変換する前に乾燥または蒸発させてもよい。次に、乾燥した化合物に溶媒としてTHFを添加することによって変換段階が完了する。変換段階では、ジクロロメタン(DCM)、ジメチルホルムアミド(DMF)及びDMSOなどの種々の溶媒を使用できるが、THFが好ましい。THFはカチオンのキレート化剤であるため、これを溶媒として使用すると、変換反応中に塩基カチオンのキレート化が促進されて負電荷をもつ酸素が遊離され、この酸素が、カルボニル、ニトリルまたはスルホン基を含む試薬と反応してマイケルアクセプターを形成できる。上記方法で使用される適当な塩基は例えば、ピペリジン、ピリジン、トリエチルアミン、水酸化ベンジルトリメチルアンモニウム(トリトンB)、及び、水酸化カリウムである。カチオンを含む強塩基が好ましい。このような強塩基の例は、ナトリウムまたはカリウムのtert−ブトキシド、ナトリウムまたはカリウムのアルコキシド、金属アミド、並びに、ナトリウムまたはカリウムの水素化物である。
次に、反応性カルボニル、ニトリルまたはスルホン基を有している試薬を添加し、次いで塩基を添加する。これらの方法によって形成された活性化リンカーを次に、適当な溶媒を用いて沈殿させ、濾過などの当業者に公知の任意の手段によって単離して、精製された活性化リンカーを得る。適当な溶媒は例えば、エーテル類特にジエチルエーテル及びジプロピルエーテル、アルコール類、ヘキサン、キシレンなどである。
本発明の活性化リンカーの製造方法を、マルチステップを要する公知の方法と対比して“ワンステップ”方法と呼ぶ。ワンステップ方法は例えば以下のように図示し得る。
少なくとも1つの反応性ヒドロキシル基を有する任意の化合物は本発明方法に使用できると考えられる。“反応性ヒドロキシル基”なる用語は、塩基を還元し得る水素を含む−OH基を意味しており、この−OH基は、カルボニル、ニトリルまたはスルホン基を有する試薬と反応してマイケルアクセプターを形成し得る酸素を遊離する。本発明方法に有用なヒドロキシル含有化合物としては例えば、アルコール類、ポリマー類、ヌクレオチド類、ヌクレオシド類、オリゴヌクレオチド類、ペプチド類、制御ポアガラス及びクロマトグラフ物質など、数例を挙げることができる。有用なポリマーは例えば、ポリエチレングリコール(“PEG”)、ポリプロピレングリコール(“PPG”)、ポリオキシエチル化グリセロール(“POG”)及びその他のポリオキシエチル化ポリオール類、ポリビニルアルコール(“PVA”)及びその他のポリアルキレンオキシド類、ポリオキシエチル化ソルビトールまたはポリオキシエチル化グルコースである。
ポリマーは、少なくとも1つの活性ヒドロキシ部分を有している限り、ホモポリマー、ランダムもしくはブロックコポリマー、ターポリマーのいずれでもよく、直鎖状または分枝状、置換または未置換のいずれでもよい。重合部分はいかなる鎖長または分子量でもよいが、これらの特性値が生物学的特性に影響を与えることもある。医薬用途におけるクリアランス速度を低下させるために有用なポリマーの平均分子量は、2,000〜35,000ダルトンの範囲である。特に有用なPEGの分子量は3.4kDa、5kDa、10kDa及び20kDaである。
本文中で使用された“PEG”なる用語は、エチレングリコールのいくつかの縮合ポリマーのいずれかを意味する。PEGはまた、ポリオキシエチレン、ポリエチレンオキシド、ポリグリコール及びポリエーテルグリコールとして知られている。PEGはまた、エチレンオキシドと多くの別のモノマーとのコポリマーとして製造され得る。PEGの末端基は、ビニルスルホン部分、アルデヒド部分、メトキシ基またはその他の種類の反応性もしくは非反応性の末端基を含むように種々の方法で誘導体化され得る。医薬用またはバイオ技術用の多くの用途の場合、ビニルスルホン以外は実質的に未置換の実質的に線状の直鎖状ビニルスルホン活性化PEGが使用されるであろう。
このような化合物のヒドロキシル基は、ヒドロキシル基をマイケルアクセプターに変換し得る反応性カルボニル、ニトリルまたはスルホン基を有する試薬と反応する。反応性カルボニル、ニトリルまたはスルホン基を有する当業者に公知のいかなる試薬も本発明方法に使用できると考えられる。“反応性カルボニル、ニトリルまたはスルホン”なる用語は、2つの炭素基が結合し、約9以下のpHでチオール特異的結合に好適な反応性部位をカルボニル、ニトリルまたはスルホン基の第二の炭素に有しているカルボニル、ニトリルまたはスルホン基を意味している。
本発明の好ましい実施態様では、本発明のポリマー誘導体が活性スルホン部分を有している。“活性スルホン”なる用語は、2つの炭素原子が結合し、pH約以下でチオール特異的結合に好適な反応性部位をスルホン基の第二の炭素に有しているスルホン基を意味している。活性スルホンの非限定例は、ビニルスルホン及び活性化エチルスルホンである。スルホン活性化ポリマーは、約9以下のpHで第二の炭素のチオール特異的反応性が維持されている限り、更に別の置換基で置換されていてもよい。
このような試薬を添加すると、ヒドロキシル基が反応性マイケルアクセプターに変換される。“マイケルアクセプター”または“マイケル様アクセプター”なる用語は、互換的に使用され、マイケル付加に感受性の官能基を意味する。“マイケル付加”では、電気陰性原子を有するパイシステムに隣接の求電子性中心に対して求核性攻撃が生じる。電気陰性原子を有するパイシステムの例は、スルホキシド、スルホニル、カルボニル及び複素環芳香族である。求核剤が求電子性中心に付加される。マイケルアクセプターは式:
〔式中、Eは電気陰性原子を表す〕によって表される。4位に付加が生じて、式:
〔式中、Nuは4位の原子に結合された求核剤を意味する〕が形成される。マイケルアクセプター官能基の非限定例は、マレイミド及びビニルスルホンである。ダンベルを形成するために使用される活性化リンカーはマイケルアクセプターのビニルスルホン種を含んでいてもよいが、必ずしも含んでいなくてもよい。
本発明の活性化リンカーは2つ以上の反応性基を有し得る。誘導体は一官能価、二官能価または多官能価のいずれでもよい。少なくとも1つの活性スルホン部分が存在する限り、反応性基は同じでもよく(ホモ官能性)、または異なっていてもよい(ヘテロ官能性)。特に有用な2つのホモ官能性誘導体はPEG−ビス−クロロスルホン及びPEG−ビス−ビニルスルホンである。
本発明方法によって製造されたリンカーはチオール選択的結合反応に好適な安定で単離可能なリンカーである。例えば、PEGクロロエチルスルホンは約7以下のpHで水に安定であるが、少なくともpH約9までの塩基性pH条件でチオール選択的結合に有利に使用できる。pHが約9よりも高いとき、チオール選択性が低下し、スルホン部分はアミノ基に対して多少反応性になる。チオールとの反応によって形成された連鎖はまた加水分解的に安定である。
本文中で使用された“加水分解的に安定”なる用語は、ポリマーとスルホン部分との連鎖及びコンジュゲーション後のスルホン−チオール連鎖が、約11よりも低いpHでは少なくとも3日間は水と反応しないことを意味する。有意な速度の加水分解が生じるとき、ポリマーと生物学的活性分子のチオールとの反応が生じる前にポリマーが失活することがあるので、加水分解的に安定であることは望ましい要件である。
活性化リンカーの普遍的な精製方法は以下の段階を含む。
(1)活性化リンカーを合成する、
(2)活性化リンカーをHIC樹脂に保持させる、次いで、
(3)種々のリンカー形態をサイズ及び/または末端基官能性に基づいて分離し得る条件、例えば逆直線状塩勾配を用いてHIC樹脂からリンカーを溶出させることによって所望のリンカー形態を単離する。
あるいは、“ワンステップ”合成手順の濃縮/透析濾過段階の直前にHIC精製段階を組込んでもよい。
本発明に使用できると考えられるHICは、メタクリル、アガロースまたはビニル主鎖を非限定例とする親水性ビニルコポリマー主鎖をもつ樹脂の表面に疎水性側基(例えば、オクチル、ブチル、フェニルまたはエーテル)が局在しているポリマー樹脂を使用する。シリカベースの主鎖も使用できる。好ましいHICカラムはメタクリル主鎖にブチルまたはフェニル配位子を有している。
上述のように、HIC精製したスルホン活性化リンカーは、“反応性チオール部分”を有する生物学的活性分子に付着して、生物学的に活性のコンジュゲートを形成し得る。“反応性チオール部分”なる用語は、本文中に記載のような活性化リンカーと反応し得るスルフヒドリル(−SH)基を意味する。
本発明に使用できると考えられる生物学的活性分子の非限定例は、医薬、ビタミン、栄養素、核酸、アミノ酸、ポリペプチド、酵素補因子、ステロイド、糖質、ヘパリンのような有機種、金属含有物質、レセプターアゴニスト、レセプターアンタゴニスト、結合タンパク質、レセプターまたはレセプターの部分、細胞外マトリックスタンパク質、細胞表面分子、抗原、ハプテン及びキレート化剤である。
一般に、本発明に有用なTNFbpは、ヒトTNFbpの配列またはその先端欠失変異体(truncated variants)またはムテイン(muteins)の配列を有している。30kDaのTNFbpと命名された1つのTNFbpは、p55 TNFレセプターの細胞外部分である。in vivoではレセプターの細胞外部分が脱落し、TNFに結合する30kDaのグリコシル化タンパク質として血流中を循環する。このTNFbpの精製及びそのアミノ酸と核酸との配列に関しては、EP393438及びEP422339に記載されている。これらの特許の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。これらの文献はまた、30kDa TNFbpのグリコシル化形態及び脱グリコシル化形態の組換え産生を教示している。この阻害物質の脱グリコシル化形態の実際の分子量はほぼ18kDaであるが、“30kDa TNF阻害物質”なる用語は、グリコシル化形態と脱グリコシル化形態との双方を包含する。
40kDa TNFbpと呼ばれる別のTNF阻害物質の精製及びアミノ酸と核酸配列との配列もEP393438及びEP422339に記載されている。この阻害物質はその天然産生形態ではp75 TNFレセプターのグリコシル化細胞外部分である。脱グリコシル化形態の分子量は40kDaではないが、このTNFbpのグリコシル化形態と脱グリコシル化との双方を“40kDa TNF阻害物質”と呼ぶ。これらの参考文献はまた、40kDa TNFbpのグリコシル化形態と脱グリコシル化形態との組換え産生を教示している。
反応性チオール基は必要なときに生物学的活性分子に導入され得る。チオール基はまた、チオール−スルホンの連結が所望の活性を実質的に破壊しない限り、不活性分子に導入されて生物学的活性分子を形成し得る。
反応性チオール基は当業界で公知の化学的手段によって導入され得る。化学的修飾はポリペプチドまたは非ペプチド分子と共に使用でき、チオールを単独でまたは例えばシステイン残基のようなより大きい基の一部分として分子に導入する。チオールの化学的導入の一例がJue,Rら,Biochemistry,17:5399−5406(1978)に記載されている。また、システインを例えばDTTで化学的に還元することによってポリペプチド中に遊離システインを生じさせてもよい。
システインを含むムテインを産生するためには、必須でないアミノ酸をシステインで置換してもよくまたはポリペプチドにシステイン残基を付加してもよい。修飾前の天然型タンパク質には存在しなかった位置にアミノ酸残基を含むように修飾されたポリペプチドを“ムテイン(mutein)”と命名する。非天然型システインの導入可能部位は、ポリペプチドのグリコシル化部位及びN末端またはC末端である。リシン残基はしばしば活性コンホメーションのタンパク質の表面に見出されるので、リシンからシステインへの突然変異も好適である。当業者は更に、可能な突然変異部位を選択するために、ポリペプチドの結合部位または活性部位に関する公知のいかなる情報も利用できる。
当業者はまた、システインを含むムテインを製造するために公知の組換えDNA技術を使用し得る。標準的な部位特異的突然変異誘発によって天然型ポリペプチドをコードする核酸をムテインをコードするように改変し得る。標準突然変異誘発技術の例は、Kunkel,T.A.,Proc.Nat.Acad.Sci.,82:488−492(1985)及びKunkel,T.A.ら,Methods Enzymol.,154:67−382(1987)に記載されている。双方の文献の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。あるいは、当業界で公知の技術によってムテインをコードする核酸を化学的に合成し得る。DNA合成機を使用することができ、これは例えばApplied Biosystems(Foster City,CA)から入手し得る。所望のムテインをコードする核酸を、動物、昆虫及び細菌系のような種々の発現系において発現させ得る。
反応性チオール基を有する生物学的活性分子とスルホン活性化ポリマーリンカーとの連鎖は共有結合であり、このようなコンジュゲートの普遍的な製造方法は以下の段階を含む。
(1)所望の生物学的活性分子を選択する、
(2)所望のスルホン活性化ポリマーリンカーを合成する、
(3)HICクロマトグラフィーを用いてスルホン活性化ポリマーリンカーを精製する、
(4)HIC精製したスルホン活性化ポリマーリンカーを生物学的活性分子と反応させる、
(5)当業界で公知のクロマトグラフィー技術を用いて反応生成物を単離する、次いで、
(6)形成されたコンジュゲートの生物学的活性を適切なバイオアッセイを用いて測定する。
既に製造されている30kDa TNFbpのムテインとしては、c105 30kDa TNFbp;c1 30kDa TNFbp;c14 30kDa TNFbp;c111 30kDa TNFbp;及びc161 30kDa TNFbpがある。“c”はシステインを意味しており、“c105”はシステインが105位に挿入されたことを意味する。これらのムテインは参照によって本発明に含まれる国際特許公開WO92/16221に記載の手順で製造され、アミノ酸番号も該特許に記載のアミノ酸配列に基づく。
GB2,246,569は、“3ドメイン”の30kDa及び/または40kDaのTNFbp、即ち、第4ドメインが欠失したものを教示している。1995年7月9日出願の米国特許仮出願No.60/021443は、“2.6ドメイン”の30kDaのTNFbp、即ち、第3ドメイン及び第4ドメインの一部が欠失したものを教示している。また、1996年12月6日出願の米国特許仮出願No. は、“2.6ドメイン”の30kDa及び/または40kDaのTNFbp、即ち、第3ドメイン及び第4ドメインの一部が欠失したものを教示している。
同じく既に製造されているIL−1raのムテインとしては、c0s116 IL−1ra;c84s116 IL−1ra;c8s116 IL−1ra;c9s116 IL−1ra及びc141s116 IL−1raがある。IL−1raムテインの製造及び精製も国際特許公開WO92/16221に開示されている。残基の番号はこの公開出願に記載された配列に基づく。“0”はアミノ酸のN末端に対する付加を表す。“c”はシステイン、“s”はセリンを表す。例えば、“c0s116”は、システインがN末端に付加され、セリンが116位に挿入されたことを意味する。天然型のIL−1raは66、69、116及び122位に遊離システイン残基を有している。
本発明の多くのコンジュゲートまたは化合物(まとめて“コンジュゲート”と呼ぶ)を含有する医薬組成物を調製し得る。これらのコンジュゲートは、本発明の医薬組成物を形成するために医薬として許容される担体中に存在し得る。本文中で使用された“医薬として許容される担体”なる用語は、有効成分または組成物の投与を受ける患者に副作用を生じない無毒性で通常は不活性の有効成分用ビヒクルを意味する。適当なビヒクルまたは担体は、標準医薬文献、例えば、“Remington’s Pharmaceutical Sciences”,16th Ed.,Mack Publishinng Co.,Easton,PA(1980)に見出される。この文献の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。このような担体は例えば、炭酸塩バッファ、燐酸塩バッファ、リンゲル液及び生理的食塩水のような水溶液である。更に、担体は、製剤のpH、モル浸透圧濃度、粘度、清澄度、色、無菌性、安定性、溶解速度または臭味を矯正または維持するための医薬として許容される他の賦形剤を含有し得る。
医薬組成物は、例えば試薬の単なる混合のような当業界で公知の方法によって調製できる。医薬担体の選択及び組成物の適正な調製が予定の用途及び投与形態に依存することは当業者に理解されよう。
1つの実施態様によれば、担体及びコンジュゲートが生理的親和性の徐放性製剤を構成する。このような担体中の一次溶媒は水性または非水性のいずれでもよい。更に、担体は、コンジュゲートの安定性、溶解、放出または吸収の速度を矯正または維持するために生理学的に許容される他の賦形剤を更に含有し得る。このような賦形剤は、一回投与量または多数回投与量の形態の非経口投与剤形の薬剤を調製するために常用されている慣用の物質である。
医薬組成物を調製した後、溶液、懸濁液、ゲル、エマルジョン、固体、または、脱水もしくは凍結乾燥された粉末のような無菌バイアル中で医薬組成物を保存し得る。このような製剤は、そのままで使用できる形態で保存されてもよく、または、投与直前に再構成を要する形態で保存されてもよい。このような製剤の好ましい保存温度は少なくとも4℃以下、好ましくは−70℃である。また、コンジュゲートを含有するこのような製剤は生理的pHまたはこれに近いpHで保存及び投与されるのが好ましい。現在では、高pH(即ち8を上回る値)または低pH(即ち5未満の値)での製剤の投与は望ましくないと考えられている。
コンジュゲートを含有する製剤を全身デリバリーの目的で投与する方法には、皮下、筋肉内、静脈内、経口、鼻孔内などの経路、または膣内もしくは直腸内投与する座薬剤がある。コンジュゲートを含有する製剤を局部デリバリーの目的で投与する方法には、関節内、気管内、点滴、または、気道内吸入がある。更に、適当な製剤中のコンジュゲートの経口投与またはデバイスによって消化管の特定部分にコンジュゲートを投与することも望ましい。
経口投与のためには、コンジュゲートをカプセル封入する。固体剤形の調製に使用される慣用の医薬として許容される担体を添加するかまたは非添加でカプセル封入コンジュゲートを製剤化し得る。好ましくは、生物学的利用態が最大であり且つ浸透以前の(pre−systemic)分解が最小となる様な胃腸管の箇所に製剤の有効部分が放出されるようにカプセルを設計する。コンジュゲートの吸収を促進する追加の賦形剤を混入してもよい。希釈剤、香味剤、低融点ワックス、植物油、潤滑剤、懸濁剤、錠剤崩壊剤及び結合剤も使用し得る。
投与形態にかかわりなく、個々の投薬用量はほぼ患者の体重に基づいて計算する。適正な投薬用量を決定する他の要因は、治療または予防すべき疾病または障害の種類、投与経路、患者の年齢、性別及び病状である。いくつかの実施態様では、投薬用量及び投与形態は、患者の血流中でコンジュゲートが予め選択された濃度範囲になるように計画される。例えば、血漿1mlあたり0.01ng未満の濃度のTNF阻害物質またはIL−1阻害物質の循環を維持しても有効な組成物にはなり得ないと考えられる。逆に、1mlあたり10μgを上回るレベルの循環を長期間維持すると望ましくない副作用を生じるであろう。上記製剤の各々を用いる治療の適正投薬用量を決定するために必要な計算をより精密に行う方法は平均的な当業者の常套的な作業であり、特に本文中に開示された投薬用量に関する情報及びアッセイを参考にして特別な実験を要せずに当業者が常套的に実施し得る作業の範囲に包含される。これらの投薬用量は、確立した投薬用量決定アッセイを適当な容量−応答データと共に使用することによって確認され得る。
本文に記載のコンジュゲート製剤が獣医薬及びヒト医薬の双方の用途に使用できること、また、“患者”なる用語を限定的に解釈してはならないことに留意されたい。獣医薬として使用する場合にも、投薬用量の範囲は上記と同様である。
本発明のコンジュゲートは、in vitro診断アッセイ、医薬組成物の製造、などを非限定例とする種々の用途に使用できる。TNFbp、IL−1raを含有するコンジュゲートは単独形態または複数のコンジュゲートを組合せた形態で、成人呼吸障害症候群、肺線維症、関節炎、乾癬、骨髄性及びその他の白血病、虚血/再潅流、喘息、悪液質/無食欲、糖尿病、敗血症ショック、炎症性腸疾患、多発性硬化症、卒中、クローン病、移植拒絶、出血性外傷のような疾病の治療に使用され得る。コンジュゲートはまた、アフィニティクロマトグラフィー(分配)のような多くのin vitroの使用目的及び当業者に周知の診断目的で使用され得る。例えば、このようなコンジュゲートを固体表面に付着させ、活性化リンカーに結合したレセプターに特異的に結合するリガンドの精製または検出に使用できる。
以下の実施例は本発明の種々の特徴をより詳細に説明する。
実施例1
この実施例は、“ワンステップ”合成手順を用いる活性化リンカー20kDa PEGbvの製造を記載する。
20kDa PEGbvの“ワンステップ”合成
ポリエチレングリコール(PEG−DIOLTM)は、Shearwater Polymers Inc.(Birmingham,AL)から購入した。ジビニルスルホン、1Mのカリウムt−ブトキシド(テトラヒドロフラン(THF)中)、トルエン(無水物、sure seal)、ジ−i−プロピルエーテル(99+%、25ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)で阻害した)、及びテトラヒドロフラン(0.025%のBHTを阻害物質として含有する無水物、sure seal)は、Aldrich Chemical Company(Milwaukee,Wisconsin)から得られた。ジクロロメタン(Omni Solvent)及びジエチルエーテル(EM)はVWR Scientific Company(Denver,Colorado)から購入した。無水硫酸ナトリウム粉末はJ.T.Baker(Phillipsburg,New Jersey)から購入した。
22リットル容の4つ口(1つの口には45/50、3つの口には24/40のジョイント)の丸底フラスコに、温度計、凝縮器、ゴム隔壁、機械的変速撹拌器を取付け、水の浸漬ヒーターを入れた水浴に浸漬させた。フラスコを正のアルゴン圧力下に維持した。凝縮器を2つ口の丸底フラスコに接続し、このフラスコから真空ラインを接続した。ポリエチレングリコール(20kDa、300g、15ミリモル)を計量し、漏斗を介して22リットル容のフラスコに移入し、混合物を撹拌しながら3リットルの無水トルエンをカニューレから導入した。水浴の温度を45℃に設定し、溶液が透明になるまで(〜1時間)撹拌を継続した。真空下(〜60mmのHg)に溶媒を蒸発させて乾固した。固体残渣を9リットルの無水テトラヒドロフラン(カニューレから添加)に溶解した。水浴の温度を25℃に設定した。溶液の温度が25℃になるまで撹拌を継続した。ジビニルスルホン(6ml、59.97ミリモル)をシリンジから15分間で添加した。混合物を10分間撹拌した(75rpm)。カリウムt−ブトキシド(THF中に1M、3ml、3ミリモル)を滴下漏斗から25分間で添加した。
塩基の添加後、反応混合物を25℃で6時間撹拌した。次に水浴を40℃に加熱し、THFを蒸発させた(350mmのHg)。ジクロロメタンとテトラヒドロフランとの1:1混合物1リットルを固体残渣に添加し、透明溶液が形成されるまで撹拌した。溶液を25℃に冷却し、急冷(−20℃)した。撹拌を継続しながらジ−i−プロピルエーテル(1×5リットル)を滴下漏斗から溶液に添加した。凝縮器をフラスコからはずした。濾過用圧力漏斗を可撓針でフラスコに接続し、沈殿物を可撓針から移入して真空下の濾過用漏斗で濾過した(1リットル、70〜100μ)。沈殿物を2つの分量に分け、2リットルのエルレンマイヤーフラスコに移入し、1リットル(各々)のi−プロピルエーテルと共に撹拌(磁気撹拌器)を3時間継続した。沈殿物を濾過し(2リットル、70〜100μ)、800mlのジエチルエーテルで洗浄し、乾燥器に入れて真空下(5mmのHg)で72時間乾燥した。測定収量は278.6gであった(ポリエチレングリコールの重量を基準として91.6%の回収率)。
生成物をエルレンマイヤーフラスコ(2リットル)に移入し、1リットルのジクロロメタン(Omni Solvent)を添加した。生成物が完全に溶解した後、機械的撹拌器を取付けた5リットル容のドロップボトムフラスコに溶液(シロップ形態)を移入した。エルレンマイヤーフラスコを別の500mlのジクロロメタンで洗浄し、溶液をドロップボトムフラスコに添加した。次に、溶液を5分間撹拌(65rpm)した。飽和塩化ナトリウム(1リットル)を添加し、5分間撹拌(75rpm)した。2層の分離が明瞭になるまで混合物を静置した。有機層を取出し、別の容器に保存した。このプロセスを3回繰返し、全部の有機層を一緒にした。
次に、溶液を2つの分量に分け(各3リットル)、2つのエルレンマイヤーフラスコ(4リットル)に移入し、500gの無水硫酸ナトリウム粉末(J.T.Baker,Phillipsburg,New Jersey)と共に磁気撹拌器で室温で16時間撹拌した(このプロセス中は終始フラスコをアルミホイルで完全に被覆しておく)。溶液を濾過用漏斗で濾過し(2リットル、70〜100μ)、水浴(40℃)に維持しておいた22リットル容の4つ口フラスコに濾液を移入した。真空下(285〜360ミリバール)で溶媒を蒸発させ、残渣(高度に粘性の液体)をジクロロメタンとTHFとの1:1混合物(1リットル)に再溶解した。次に、前記と同様に溶液を沈殿させ、濾過し、乾燥した。測定収量は221.0gであった(ポリエチレングリコールの重量を基準として72.67%の回収率)。
実施例2
この実施例は、Butyl、Phenyl及びEther HIC樹脂の20kDa PEGbvに対する結合能力を試験するように設計した一連のローディング及び溶出実験を記載する。
使用アッセイ
1.PEGアッセイ
PEG含有画分をネスラー試薬(Sigma/Aldrich)によって検出した。典型的には、ガラス試験管に入れたカラム画分の0.25mlアリコートに0.01mlのネスラー試薬を添加する。ネスラー試薬を添加すると、PEG含有画分は乳状沈殿物を形成した。
2.PEG定量分析
ガラス試験管にネスラー試薬(1.5ml)を添加し、次いで18.75マイクロリットルの被験サンプルを添加した。試験管を回転させ、10〜15分間静置し、ネスラー試薬だけを入れたブランクに比較して600nmの混濁度を読取った(Beckman DU 70分光光度計)。次に、1.5、1.0、0.75、0.50及び0.25mg/mlのPEG標準から作成した標準曲線からPEGを定量した。
実験手順
5mlのプレパックしたToyoPearl▲R▼Butyl、Phenyl及びEther 650C HICカラム(TosoHaas,Montgomeryville,PA)を使用した。種々の濃度のNaClまたは硫酸ナトリウム中の10mg(ベッドボリューム1mlあたり2mg)の20kDa PEGbvをカラムに保持させ、重力を利用して水で溶出させた。全部の実験を室温で実施し、手動操作によって0.5〜1.0mlの画分を13×100mMのガラス試験管に集めた。ネスラーのアッセイでPEGを測定した。表1は、種々のHIC樹脂に20K PEGbvを完全結合(即ち、フロースルー液中に検出可能なPEGbvが存在しない)させるために必要な塩濃度を示す。
表1に示すように、Butyl 650C HIC樹脂は、Phenyl 650C HIC樹脂よりもPEGに対する親和性がやや大きい。また、Ether 650C HIC樹脂は2MのNaClまたは0.5Mの硫酸ナトリウムの濃度で保持されたPEGに全く結合しなかった。
実施例3
この実施例では、Butyl HIC樹脂の、様々なPEGジオールを大きさに基づき分離する能力を試験するべく計画された実験について説明する。PEG含有画分を先に述べたPEGアッセイを用いて確定し、PEGの分子量をSEC HPLCによって確認した。
用いたアッセイ:
1.サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)HPLCアッセイ
HIC精製したPEG画分のサイズ排除クロマトグラフィーを、Toso−Haas G3000swxlカラム(Synchrom,Inc.,Linden,NJ)を用いて実施した。100〜200μl試料を0.5〜1.0mg/mlで注入する。カラムは室温で管理し、10mMリン酸ナトリウム緩衝液、150mM NaCl、0.004%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、pH6.5中で平衡させた。カラムからPEGを、10mMリン酸ナトリウム、150mM NaCl、及び0.004% SDS、pH6.5を含有する緩衝液を用いて溶離した。幾つかの実験ではRefractive Index検出器(detecto)(Bio−Rad,Hercules,CA)を用いてPEGの溶離を監視した。他の実験ではまずPEGをo−チオ安息香酸で誘導体化し、それによって254nmでのUV吸光度により溶出液を監視できるようにした。
実験操作:
ToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(1.5×11cm)に、カラム床体積(ベッドボリュウム)1ml当たり合計で3mgのPEGジオールを導入(ローディング)した。カラムは4M NaCl中で平衡させた。導入物は体積9.7mlで、2.97kDa、11.9kDa、20kDa及び50kDa PEGジオールを各1.5mg/mlの量で含有した(2.97kDa及び11.9kDa PEGジオールはPolymer Laboratoriesから購入し、20kDa及び50kDa PEGジオールはShearwater Polymersから購入した)。導入後、カラムをカラム容量の2倍量の4M NaClで洗浄し、カラム容量の15倍量の、線形濃度勾配3→1MのNaClで溶離した。導入、洗浄及び溶離ステップで、流量は2.5ml/分とした。3分(7.5ml)画分を回収し、該画分をPEGに関して分析した。溶離プロフィールを図1に示す。サイズ排除HPLCクロマトグラフィーによって確認した四つのピークの分子量は、図中に示したとおりである。
上述の初期実験を完成するべく、2M NaClフロースルー液(flow−through)中に溶出したPEGbv及び実施例2に述べたPhenyl 650Cカラムの水溶出液中に溶出したPEGbvをSEC HPLCアッセイで分析した。SEC HPLCデータから、2M NaClフロースルー液中の物質は20kDa PEGbvに富み、一方水溶出液中の物質は主として高分子量PEGbvを含有することが判明した。このようなデータによって、HIC、特にPhenyl及び/またはButyl HICを用いてPEGジオール及び20kDa PEGbvを大きさに基づき分離し得ることが確認される。
実施例4
この実施例では、様々な20kDa PEGbv導入条件を試験し、かつButylまたはPhenyl HIC樹脂からのPEGbvの溶離に様々な線形NaCl濃度勾配を用いた一連のHIC実験について説明する。いずれの実験も室温で、かつ通常は実施例2に述べたようにして行なった。
第1実験:
第1実験ではToyoPearl▲R▼ Phenyl 650S HICカラム(1.5×6.5cm)を用いた。650S樹脂は650C樹脂と、粒径が50〜150μmではなく20〜50μmである点で相違する。カラムを3M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり2mgのPEGbvを導入した。カラム容量の10倍量の線形濃度勾配NaCl(3→0M NaCl)を用い、流量を1.5ml/分としてPEGbvを溶離した。2分(3.0ml)画分を回収した。溶離プロフィールを図2に示す。その後、20kDa PEGbvの収率(%)を、実施例3に述べたアッセイを用いて測定した(表2参照)。
第2実験:
第2実験ではToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(1.5×11.4cm)を用いた。650M樹脂は650C樹脂と、粒径が50〜150μmではなく40〜90μmである点で相違する。カラムを2M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり2mgのPEGbvを導入した。カラム容量の10倍量の線形濃度勾配NaCl(2→0M NaCl)を用い、流量を1.5ml/分としてPEGbvを溶離した。3分(4.5ml)画分を回収した。溶離プロフィールを図3に示す。その後、20kDa PEGbvの収率(%)を、実施例3に述べたアッセイを用いて測定した(表2参照)。
第3実験:
第3実験ではToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(3.2×18.0cm)を用いた。カラムを2.5M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり1.8mgのPEGbvを導入した。カラム容量の10倍量の線形濃度勾配NaCl(2→0.5M NaCl)を用い、流量を9.6ml/分としてPEGbvを溶離した。2.5分(24ml)画分を回収した。その後、20kDa PEGbvの収率(%)を、実施例3に述べたアッセイを用いて測定した(表2参照)。
第4実験:
第4実験ではToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(1.5×11.5cm)を用いた。カラムを5M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり8mgのPEGbvを導入した。単位床体積当たりの導入量の増大は、大規模操作条件により近付けることを目的として行なった。導入量が増加するため、PEGbvが完全にカラムに結合するのにより高いNaClの濃度(2Mに対して5M)が必要となった。カラム容量の10倍量の線形濃度勾配NaCl(3.5→1M NaCl)を用い、流量を2.0ml/分としてPEGbvを溶離した。1.5分(3ml)画分を回収した。その後、20kDa PEGbvの収率(%)を、実施例3に述べたアッセイを用いて測定した(表2参照)。
第5実験:
第5実験ではToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(1.5×11.5cm)を用いた。カラムを5M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり8mgのPEGbvを導入した。カラム容量の15倍量の線形濃度勾配NaCl(2→0.5M NaCl)を用い、流量を2.1ml/分としてPEGbvを溶離した。画分を回収した。溶離プロフィールを図3に示す。この実験の分離度プロフィールは2mg/ml導入を用いて得られたプロフィールほど優れていなかった。しかし、この実験から得られた、測定したSEC HPLC純度は図4及び5に示したとおりである。図4及び5のデータは、分離度が低いにもかかわらず高分子量PEGbvが適宜除去されたことを証明している。
第6実験:
第6実験ではToyoPearl▲R▼ Butyl 650M HICカラム(7.0×14cm)を用いた。カラムを4.5M NaCl中で平衡させ、このカラムに床体積1ml当たり8mgのPEGbvを導入した。カラム容量の17倍量の線形濃度勾配NaCl(3.5→1.0M NaCl)を用い、流量を55ml/分としてPEGbvを溶離した。
上記データが示すように、Phenyl及び/またはButyl HIC分離において線形濃度勾配NaClを用いることは、20kDa PEGbvから高分子量PEGbvを分離する上で有効である。更に、適当な条件下に床体積1ml当たり2mgまたは8mgの導入量を用いることによって約65〜75%の収率が得られた。最後に、上記データは、導入量を8mg/mlとした実験では導入量2mg/mlの実験の時ほど優れた分離度プロフィールは得られないものの、高分子量PEGbvを適宜除去することはできることを示している。
実施例5
この実施例では、TNFbp及びHIC精製20kDa PEGbvを含む生物学的に活性なコンジュゲート(ホモダンベル)の製造を説明する。上記コンジュゲートの総収率、純度及び生物学的活性を従来のTNFbpコンジュゲートのものと比較する。
コンジュゲートの製造:
この実施例で用いたc105 30kDa TNFbpムテインは、本明細書に参考として含まれる国際特許出願公開第92/16221号に開示されたようにして製造し得る。あるいはまた、上記c105ムテインは次のように製造する。c105ムテインを発現させる大腸菌細胞を遠心によって回収する。細胞スラッジを精製水の添加によって約40湿潤重量%の固体に調節する。次に、混合物を等量の破壊(breaking)緩衝液(50mMトロメタミン、4mM EDTA、pH7.2)で更に稀釈し、それによって約20湿潤重量%の固体を含有する懸濁液を得る。細胞スラッジを、約8,000psiで作動する高圧ホモジナイザーに5回通して細胞ホモジネートを製造する。ホモジナイザーに通す際、毎回事前にホモジネートを10℃以下に冷却する。ホモジネートを遠心し、c105を含有する固体画分を得る。固体を稀釈し、かつ再度遠心して、洗浄された封入体を得る。
次に、洗浄された封入体を50mMトリス、pH9.5中の8M尿素及び150mMシステインの添加によって溶解させる。この混合物を再生前に室温で2時間攪拌する。前記条件下にc105ムテインは変性し、還元される。
還元された変性c105ムテインを1.1M尿素、50mMトリスでの稀釈によって再生させ、それによって200μg/mlのc105ムテインと、1.5M尿素と、7.5mMシステインと、50mMトリス、pH9.7とから成る最終再生溶液を得る。再生混合物を2日間6〜10℃に維持する。再生効率を逆相HPLC及びカチオン交換HPLCによって監視する。
次に、再生混合物を酢酸及びHClの添加によってpH5.0とする。再生混合物を、4℃において25mM酢酸ナトリウム、65mM NaCl中で予め平衡させたカチオン交換カラム(S−セファロース大型ビーズ樹脂)に導入する。導入後、カラムを上記と同じ平衡緩衝液で洗浄する。カラムを、25mM酢酸ナトリウム、pH5中の濃度勾配65→350mMのNaClで溶離する。NaCl濃度約200mMにおいてc105ムテインが溶出し、これを一つのプールに回収する。
c105ムテインを含有する回収プールを1.5倍量の5M NaCl、40mMリン酸ナトリウム(pH6に調節)で稀釈し、これを3M NaCl、20mMリン酸ナトリウム、pH6中で予め平衡させた疎水的相互作用カラム(Toyo Butyl 650Mカラム)に導入する。導入終了後、カラムを平衡緩衝液で洗浄する。20mMリン酸ナトリウム、pH6中の線形塩濃度低下勾配3→1MのNaClをカラム容量の8倍量で用いてc105ムテインを溶離する。c105ムテインを一つのプールに回収する。プールをc105ムテイン約3g/lに濃縮し、その後最終的に導電率が4mmho未満となるまで20mMリン酸ナトリウム、pH6に対して膜濾過する(約6倍量)。
膜濾過したプールを、20mMリン酸ナトリウム、pH6中で平衡させたSP−セファロース高速カラムに導入する。導入後、カラムを追加の平衡緩衝液で洗浄し、20mMリン酸ナトリウム、50mM NaCl、pH6.0から20mMリン酸ナトリウム、50mM NaCl、pH6.5までのpH/塩濃度勾配の組み合わせを有する溶離剤で溶離する。前記勾配の後半、NaCl濃度約35mMにおいてc105ムテインが溶出する。この時点で、c105ムテインを冷凍貯蔵し得る。
この実施例で用いた20kDa PEGbvは、先の実施例1に述べた「ワンステップ」操作を用いて合成した。合成した20kDa PEGbvの一部を、実施例4の第5実験に述べたようにしてHIC精製した。次に、HIC精製しなかった20kDa PEGbvとHIC精製した20kDa PEGbvとの両方を用いてPEGbv:TNFbpコンジュゲートを製造した。コンジュゲートの製造は次のように行なった。c105 30kDa TNFbpムテインを15℃で5〜6時間、20mMリン酸塩、pH7.6中の1.3倍モル過剰量のDTTに曝露し、それによって再生過程の間にc105に結合した余分なシステインを除去した。pHを6.0に調節し、試料を(4〜6mg/ml床体積の量で)S−セファロースFast Flowカラムに導入し、カラム容量の3倍量の20mMリン酸緩衝液、pH6.0で洗浄し(それによってDTTを除去し)、20mMリン酸塩、70mM NaCl、pH6.0で溶離した。
次に、還元c105 30kDa TNFbpムテイン溶液(〜4.7mg/ml)を1M NaOHでpH7.4〜7.5に調節した。この還元c105 TNFbpにHIC精製または非HIC精製20kDa PEGbv(0.9mg/mg TNFbp)を攪拌下に添加した。攪拌混合後、溶液を周囲温度で12〜18時間放置した。
コンジュゲートアッセイ:
PEG化アッセイ
TNFbpの20kDa PEGbv:TNFbpダンベルへの変換を、POROSTM HS/H 4.6/50カチオン交換HPLCカラム(Perseptive Biosystems,Cambridge,MA)を用いて定量した。50μl試料をカラムに導入し、かつ20mM酢酸ナトリウム、pH3.75中の10分濃度勾配0→1MのNaClを用いてカラムから溶離した。c105 30kDa TNFbpムテインモノベル(monobell)、即ち一端にのみc105 30kDa TNFbpが結合したPEGbv、c105 30kDa TNFbpムテインダンベル、及び非PEG化c105 30kDa TNFbpムテイン試料に関する代表的溶離プロフィールを図6に示した。c105 30kDa TNFbpムテインモノベルが最初に溶出し、次いでc105 30kDa TNFbpムテインダンベル及び非PEG化c105 30kDa TNFbpムテインが溶出した。
結果
HIC精製物質を用いた場合、TNFbpダンベルへの変化率は66.7%であり、その際検出可能な「プレピーク」は存在しなかった(図7参照)。同一ロットから得た非HIC精製PEGbvは52.9%の変換率しかもたらさず、かつ6.7%の「プレピーク」を有した(図8参照)。際立ったこの「プレピーク」は、高分子量PEGbv不純物によって発生したTNFbpダンベルを示している。
次に、PEG化混合物を、50mMリン酸ナトリウム、pH3.1中で平衡させた1.5×10cm SP−セファロースHPカラムに導入した(4mg/ml床体積)。導入後、カラムを平衡緩衝液で洗浄し、その後50mMリン酸ナトリウム、0.25M NaCl、pH3.1から50mMリン酸ナトリウム、0.5M NaCl、pH3.1までの勾配を有する溶離剤をカラム容量の20倍量で用いてTNFbpダンベルを溶離した。溶離プロフィールを図9及び10に示す。各溶出物毎に幾つか異なる方法でプールを形成した。表3に、用いた様々なプール形成規準毎のTNFbpダンベルの収率(%)及び純度(%)を示す。
表3のデータは、PEGbvのHIC精製が後に得られるTNFbpダンベルの純度及び収率にとって明らかに有益であることを示している。例えば97%の純度を達成しようとすると、非HIC精製PEGbvを用いた場合はSP−セファロースHPカラム上で37%のTNFbpダンベルしか回収できなかったが、HIC精製物質を用いれば58%もが回収でき、即ち20kDa PEGbvのHIC精製によってTNFbpダンベルの回収量を1.5〜1.6倍にも増加させることが可能となる。
実施例6
この実施例ではHIC樹脂の、PEGを末端基官能性に基づき分離する能力を評価した。
実施例4の第3実験で得られた「早期溶出」物質をPEG化アッセイにおいて試験した。「早期溶出」物質とは、20kDa PEGbvを得るべくプールした画分の直前に溶出した画分のことである。この物質は、図11に示したように、コンジュゲートの製造に用いると主にTNFbpモノベルをもたらした。このことは、「早期溶出」物質が主としてPEG 20kDaモノビニルスルホンを含有することを示しており、即ちButyl HIC樹脂の、20kDa PEGbvを末端基官能性に基づき分離する能力を証明している。
実施例7
この実施例では、c105 TNFbpムテインとPEG−ビス−ビニルスルホンとの連結の安定性を試験した。既知量のc105 TNFbpダンベルをPBS、pH7.4中で、37℃で1週間インキュベートし、その間に時々SDS PAGEによる分析用にアリコートを取り出した。c105 TNFbpダンベルの分解は実質的に観察されなかった。pH10において37℃で1週間インキュベートしても、5〜10%のコンジュゲート分解が観察されただけであった。別の安定性試験では、実施例1のワンステップ法で製造した活性化PEGリンカーを、特に本明細書に参考として含まれる国際特許出願公開第95/07555号に開示されたマルチステップ法で製造した活性化PEGリンカーと比較した。
まず、ワンステップ及びマルチステップ活性化リンカーを2−メルカプト安息香酸で誘導体化し、それによってリンカーの安定性をUVを用いて測定した。各0.5mlのリンカー溶液(20mgのリンカーを0.5mlの50mMリン酸ナトリウム、pH7.5に溶解させて製造)に1mM 2−メルカプト安息香酸(オルトチオール安息香酸)を3.0mlずつ添加し、渦流発生によって短時間混合した。その後、溶液を室温で18時間以上インキュベートした。室温でのインキュベーションの時間は比較的長くすることが可能である(48時間まで)。
次に、誘導体化リンカー溶液をPBSで1:10に稀釈し、90℃で1時間熱処理した。熱処理したリンカー溶液を熱から遠ざけ、100〜200μlの該溶液をBIO SILTM 250−5カラム(BioRad,Hercules,CA)に注入し、流量0.5ml/分で10mMリン酸ナトリウム、150mM NaCl、0.004% SDS、pH6.5中へ流入させた。回収した試料を254nmのO.D.においてUVで測定した。表4及び5にUV測定結果を示す。これらの表中、生成物UVピーク変化率(%)は、熱処理を施さなかった標準のUV純度から90℃熱処理試料の純度を減じた差に基づいて計算してある。純度は、平均ピーク面積を総ピーク面積で除した商として算出した。このアッセイの変動率は約2%であった。
表4及び5に示した結果の比較から明らかなように、ワンステップリンカーはマルチステップリンカーより安定である。上記結果は、ワンステップリンカーの安定性の変化が2%のアッセイ変動率の範囲内である一方で、4ステップリンカーの安定性の変化は前記アッセイ変動率を越えることも示している。
本発明についてのここまでの記述は、例解及び説明のための一例である。本発明をその思想及び範囲を逸脱することなく変更及び変形し得ることは、当業者には明らかであろう。そのような変更及び変形はいずれも以下の請求の範囲各項に包含されると解釈するものとする。 Field of Invention
The present invention relates to a method for producing an activated linker, in particular, a method for producing an activated linker having a reactive Michael acceptor, and a method for efficiently purifying the activated linker.
Background of the Invention
Polyethylene glycol (“PEG”) is a long-chain linear synthetic polymer composed of ethylene oxide units. The ethylene oxide units are variable and thus the resulting PEG compound can have a molecular weight in the range of about 200-100,000. PEG is typically colorless and odorless, water-soluble, heat-stable, does not cause hydrolysis or degradation, and is non-toxic. Therefore, extensive research has been conducted on the use of PEG for pharmaceuticals, artificial transplants, and other applications where biocompatibility is important.
Various derivatives of PEG having active moieties capable of attaching PEG to various surfaces and molecules are known. For example, PEG derivatives have been used to attach PEG to a surface to control surface wetting and charging and adhesion of other molecules to the surface. More specifically, a reagent having a reactive carbonyl group, a nitrile group or a sulfone group is reacted with PEG to convert the hydroxyl group to a reactive Michael acceptor to form an “activated linker”. To form a PEG derivative. “Activated linkers” are useful for modifying various proteins to obtain improved biologically active conjugates.
By attaching PEG to a protein ("PEG addition or PEGylation"), (1) prolonging the plasma half-life of the protein, US Pat. No. 5,349, Delgado et al. See No. 052; (2) Modification of protein biochemical and physical properties such as increased solubility, Chen et al., Biocem. Biophys. Acta,660: 293-298 (1988) and enhanced protection against proteolysis, Sada et al., J. MoI. Fermentation Bioengineering71137-139 (1991); and (3) Reduction of antigenicity, Davis et al., “Biomedical Polymers. Polymeric Materials and Pharmaceuticals for Biomedical Use 1, (Eds. Goldberg & M amapap & Nakapak & Makap. N. Y. (1980) has been proved to be obtained.
Several problems have occurred in attaching PEG to surfaces and molecules. Most of the reagents for PEG addition react with the free primary amino group of the polypeptide. Many of these free amines are ε-NH of lysine amino acid residues.2It is a group. Since typical proteins have a large number of lysine residues, random attachment of a large number of PEG molecules, i.e. non-specific PEG addition, often occurs. Non-specific PEG addition reduces protein activity. Thus, even if PEGylated proteins are to be used for therapy, non-specific PEGylation results in a large number of species, making it difficult to produce a product that can be reproduced and characterized. Therefore, when non-specific PEG addition occurs, it is difficult to evaluate the treatment method and to determine the treatment effect and medication information. If site-selective PEG addition of such proteins can be achieved, a reproducibly modified substance can be obtained so that only the desired PEG addition is provided without reducing activity.
In particular, International Patent Publication No. WO 95/13312 describes water-soluble sulfone-activated PEGs that bind very selectively to thiol moieties rather than molecular and surface amino moieties. These PEG derivatives are stable to hydrolysis for long periods in an aqueous environment at a pH of about 11 or less, and can form chains with molecules to form hydrolytically stable conjugates as well. The linkage where the PEG and the biologically active molecule are attached includes a sulfone moiety attached to the thiol moiety and has the formula PEG-SO2-CH2-CH2-S-W, where W represents a biologically active molecule and the sulfone moiety is vinyl sulfone or active ethyl sulfone.
An example of a biologically active molecule that can be modified by such a sulfone activated linker is a TNF binding protein (“TNFbp”) (also called a TNF inhibitor or TNF inhibitor). TNFbp is important as a therapeutic agent to treat TNF-mediated diseases such as rheumatoid arthritis and septic shock. TNF binding proteins are disclosed in the art. For example, EP308,378, EP393,438, EP422,339, WO90 / 13575, EP398,327, EP412,486, WO91 / 03553, EP418,014, JP127,800 / 1991, EP433,900, US Pat. 5,136,021, EP512,528, EP526,905, WO93 / 07863, EP568,928, WO93 / 21946, WO93 / 19777, EP417,563, GB2,246,569, US patent filed on July 9, 1996 Provisional application no. No. 60/021443, US Provisional Application No. filed Dec. 6, 1996. The contents of these documents are included in the present invention by reference.
WO 92/16221, which is included in the present invention by reference, has the formula R1-X-R2Describes the form of TNFbp represented by (referred to as "dumbbell" compound). R in the formula1And R2Is a biologically active TNFbp group and X is a non-peptidic polymer spacer having at least one Michael acceptor group, such as a sulfone activated PEG. One specific compound called c105 TNFbp mutein dumbbell is R1And R2Is a homodern bell compound in which R represents
A problem often encountered by those skilled in the art when preparing mono-, di- or poly-PEG adducts is that the synthesis procedure of 20 kDa PEGbv or other activated linker has several drawbacks depending on the synthesis procedure used. is there. For example, conventional methods of activating PEG with functional groups useful as linkers attached to various molecules and surfaces are generally labor intensive and time intensive. Such methods often require a multi-step reaction procedure to produce the desired product. Accordingly, there is a need for an efficient method for producing activated linkers that can be used to form the desired conjugates.
Another disadvantage that is of particular concern is that the resulting 20 kDa PEGbv often contains high molecular weight PEG impurities, PEG monovinylsulfone species, and PEG bis-vinylsulfone species. These impurities adversely affect the overall yield of the desired compound. Accordingly, there is also a need for methods that further purify PEGbv or other activated linkers, thereby improving the purity and overall yield of the desired compound.
Many research groups have reported on the use of reverse phase high performance liquid chromatography (rpHPLC) to separate low and medium molecular weight (<5K) PEGs based on size. For example, Murphy et al. Chromat. ,211160-165 (1981); Lai et al., J. MoI. High Res. Chrom. & Chrom. Comm. ,7: 494-496 (1984); Barka & Hoffman, J. MoI. Chromat. ,389: 273-278 (1987). These techniques are relatively effective, but have the disadvantage of using expensive resins and organic solvents. Also, these methods are not manufacturing procedures but rather analytical procedures. There are no reports of successful separation of higher molecular weight PEG using HPLC. Medium and high molecular weight (1K-40K) PEGs were analyzed by size exclusion chromatography using various derivatized silica supports. Engelhardt & Mathes, J .; Chromat. ,185: 305 (1979).
Hydrophobic interaction chromatography (HIC) is well established as a purification method for the analysis and production of biomolecules. The chemical principle underlying HIC is similar to that of salt precipitation in that all treatments are based on hydrophobicity and are close to the principles associated with reverse phase liquid chromatography (RPLC). HIC adsorbs molecules to weakly hydrophobic surfaces at high salt concentrations and then elutes using a gradually decreasing salt gradient. Therefore, the feature of HIC is to combine the non-denaturing feature of salt precipitation with the accuracy of chromatography in order to obtain high activity recovery. Furthermore, since HIC can work with low binding energy, it is not necessary to use expensive organic solvents for the mobile phase.
The use of HIC resins for separating PEG, in particular for separating high molecular weight PEG, has never been reported. Since PEG has relatively the same hydrophobicity regardless of size, those skilled in the art did not expect HIC to be effective in separating PEG based on size.
Summary of the Invention
The present invention provides a novel method for the production and purification of activated linkers useful for various purposes. Briefly, the method for producing an activated linker of the present invention involves obtaining a compound having a reactive hydroxyl group and converting the hydroxyl group to a reactive Michael acceptor using tetrahydrofuran (THF) as a conversion solvent. To form an activated linker. An activated linker purification method uses HIC to separate linkers based on size and end group functionality.
More specifically, the object of the present invention is to use butyl or phenyl HIC resin to produce and purify 20 kDa polyethylene glycol bis-vinylsulfone (“20 kDa PEGbv”) from PEG bis-vinylsulfone. A method for separating high molecular weight PEG impurities and PEG mono-vinyl sulfone. Importantly, such purification methods do not require the addition of organic solvents. More importantly, purified activated linkers can be used to modify a variety of proteins, with dramatically improved purity and overall yield compared to conjugates formed by non-purified activated linkers. To provide a biologically active conjugate.
For example, compounds with at least one reactive hydroxy group can be used, such as alcohols and in particular polymers with —OH functionality. Polymers such as homopolymers, random or block copolymers or terpolymers are useful, particularly polyethylene glycol (PEG) s, polypropylene glycols, polyalkylene oxides, polyoxyethylated polyols and polyvinyl alcohol are preferred. . Among these, polyethylene glycol having a molecular weight in the range of 2 kDa to 100 kDa dalton is particularly useful, and among them, PEG having a molecular weight of 3.4 kDa, 5 kDa, 10 kDa, or 20 kDa is useful. Such PEG may have the form of PEG diol.
Non-limiting examples of useful reagents having reactive sulfone groups that can be used in the above methods are vinyl sulfone and divinyl sulfone. When used with PEG having one or two reactive hydroxy groups, the method produces PEG-vinylsulfone and PEG-bis-vinylsulfone, respectively. Such activated linkers can be used for the production of monoPEG adduct compounds and dumbbell and multimeric compounds where the linker can be attached to more than one moiety. Addition of PEG to THF ratio in the range of 1:10 to 1:50 (weight / volume) using THF as a solvent has been found to be useful in the process of the present invention. A ratio of 1:30 has been found to be particularly useful.
Biologically active molecules that could be used can be either synthetic molecules, naturally occurring molecules or modified naturally occurring molecules.
According to one feature of the invention, PEG or another activated linker having a molecular weight in the range of 2 kDa to 100 kDa is retained on and eluted from the HIC resin using conventional chromatographic methods. In a preferred embodiment, an inverse linear salt gradient is used to elute the linker from the resin. Thus, different forms of linkers are separated based on size and / or end group functionality. Preferably, the linker is a sulfone activated linker and the HIC resin consists of butyl or phenyl HIC resin. In a particularly preferred embodiment, the present invention provides Toyopearl▲ R ▼A method is provided for purifying 20 kDa polyethylene glycol vinyl sulfone or bis-vinyl sulfone ("20 kDa PEGbv") using butyl-650M HIC resin.
According to yet another aspect of the present invention, an improvement over previously described compounds containing the same molecule by reacting a HIC purified non-peptidic polymer linker with a biologically active molecule. Dumbbell compounds are obtained in total purity and yield. Preferably, the HIC purified polymer linker is a sulfone activated PEG and the biologically active molecule is a TNF inhibitor, a receptor antagonist of interleukin 1 (“IL-1ra”), platelet derived growth factor (“PDGF”) ) Exon 6 peptide, interleukin 2 ("IL-2") inhibitor and receptor ("IL-2r"). In a particularly preferred embodiment, the HIC purified polymer linker is 20 kDa vinyl sulfone or PEGbv and the biologically active molecule is TNFbp.
Pharmaceutical compositions containing the compounds of the present invention are also encompassed within the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
Figure 1 shows ToyoPearl▲ R ▼2 shows the elution profiles of various PEG diols eluting from a butyl 650M HIC column. The PEG-containing fraction was detected with a Nessler reagent, and the molecular weight was confirmed by the procedure described in Example 3 using SEC HPLC.
Figure 2 shows ToyoPearl▲ R ▼The elution profiles of 20 kDa PEGbv and high molecular weight PEGbv eluting from a phenyl 650M HIC column (2 mg loading per ml of bed volume) are shown. The PEG concentration was measured with a Nessler reagent, and the percentage of molecular weight impurities was measured using SEC HPLC according to the procedure described in Example 3.
Figure 3 shows ToyoPearl▲ R ▼Shown is the elution profile of 20 kDa PEGbv (2 mg loading per ml bed volume) eluting from a butyl 650M HIC column. The PEG-containing fraction was detected with a Nessler reagent and the turbidity at 600 nm was measured.
FIG. 4 shows the elution profile of HIC unpurified 20 kDa PEGbv eluting from a SEC-HPLC column.
FIG. 5 shows the elution profile of HIC purified 20 kDa PEGbv eluting from the SEC-HPLC column. ToyoPearl for HIC purification▲ R ▼A butyl 650M HIC column (8 mg loading per ml bed volume) was used.
FIG. 6 shows a typical POROS of a TNFbp PEG addition mixture (mixture using unpurified 20 kDa PEGbv).TMThe HS cation exchange elution profile is shown. Various TNFbp peaks as shown are observed.
FIG. 7 shows POROS of PEG addition mixture of TNFbpTMThe HS cation exchange elution profile is shown. PEG addition mixture is ToyoPearl▲ R ▼Prepared as described in Example 5 using 20 kDa PEGbv purified with butyl 650M HIC.
FIG. 8 shows POROS of PEG addition mixture of TNFbpTMThe HS cation exchange elution profile is shown. The PEG addition mixture was prepared according to the procedure described in Example 5 using HIC unpurified 20 kDa PEGbv.
FIG. 9 shows the elution profile of c105 TNFbv mutein dumbbell eluting from the SP-Sepharose HP column. A280 absorbance is plotted over time. c105 TNFbv mutein dumbbell is ToyoPearl▲ R ▼Prepared using 20 kDa PEGbv purified with butyl 650M HIC.
FIG. 10 shows the elution profile of c105 TNFbv mutein dumbbell eluting from the SP-Sepharose HP column. A280Absorbance is plotted over time. The c105 TNFbv mutein dumbbell was prepared using unpurified 20 kDa PEGbv.
FIG. 11 shows a 20 kDa PEGbv ToyoPearl▲ R ▼POROS of the “early eluting” fraction obtained by butyl 650M HIC purificationTMThe HS cation exchange elution profile is shown. The PEG addition mixture was prepared according to the procedure described in Example 6.
Detailed description
Methods for the production and purification of activated polyethylene glycol and other activated linkers are discussed in more detail below and illustrated in the examples. Examples illustrate various features of the present invention, use of a “one-step” method to produce sulfone activated PEG, 20 kDa polyethylene glycol vinyl sulfone or bis-vinyl sulfone (“20 kDa EGbv”), and Figure 3 shows the results obtained by using butyl and / or phenyl HIC resin to separate high molecular weight PEG impurities. These results surprisingly show that HIC also separated PEG mono-vinylsulfone from 20 kDa PEGbv, and the resulting purified 20 kDa PEGbv was used for PEGylation of TNFbp when not using HIC unpurified 20 kDa PEGbv or multiple It has been shown to produce biologically active conjugates with dramatically improved overall yield and purity compared to conjugates prepared using the 20 kDa PEGbv synthesized by the step procedure.
In the method for producing an activated linker of the present invention, a compound having a reactive hydroxyl group is obtained, and the hydroxyl group is converted into a reactive Michael acceptor using tetrahydrofuran (THF) as a conversion solvent. Optionally, the compound having a reactive hydroxyl group may be first dissolved in toluene and then dried or evaporated before converting the hydroxyl group to a Michael acceptor. The conversion step is then completed by adding THF as a solvent to the dried compound. In the conversion step, various solvents such as dichloromethane (DCM), dimethylformamide (DMF) and DMSO can be used, but THF is preferred. Since THF is a cation chelating agent, when it is used as a solvent, chelation of the base cation is promoted during the conversion reaction to release negatively charged oxygen, which can be converted into carbonyl, nitrile or sulfone groups. It can react with a reagent containing and form a Michael acceptor. Suitable bases used in the above method are, for example, piperidine, pyridine, triethylamine, benzyltrimethylammonium hydroxide (Triton B), and potassium hydroxide. Strong bases containing cations are preferred. Examples of such strong bases are sodium or potassium tert-butoxide, sodium or potassium alkoxides, metal amides, and sodium or potassium hydrides.
Next, a reagent having a reactive carbonyl, nitrile or sulfone group is added, followed by a base. The activated linker formed by these methods is then precipitated using a suitable solvent and isolated by any means known to those skilled in the art, such as filtration, to obtain a purified activated linker. Suitable solvents are, for example, ethers, in particular diethyl ether and dipropyl ether, alcohols, hexane, xylene and the like.
The method for producing an activated linker of the present invention is referred to as a “one-step” method in contrast to known methods that require multiple steps. The one-step method can be illustrated, for example, as follows.
It is contemplated that any compound having at least one reactive hydroxyl group can be used in the method of the present invention. The term “reactive hydroxyl group” means an —OH group containing hydrogen that can reduce a base, which reacts with a reagent having a carbonyl, nitrile or sulfone group to react with a Michael acceptor. Liberates oxygen that can be formed. Examples of hydroxyl-containing compounds useful in the method of the present invention include several examples such as alcohols, polymers, nucleotides, nucleosides, oligonucleotides, peptides, controlled pore glass, and chromatographic substances. Useful polymers include, for example, polyethylene glycol (“PEG”), polypropylene glycol (“PPG”), polyoxyethylated glycerol (“POG”) and other polyoxyethylated polyols, polyvinyl alcohol (“PVA”) and Other polyalkylene oxides, polyoxyethylated sorbitol or polyoxyethylated glucose.
The polymer can be a homopolymer, random or block copolymer, terpolymer, and can be linear or branched, substituted or unsubstituted, as long as it has at least one active hydroxy moiety. The polymerisation moiety can have any chain length or molecular weight, but these property values can affect biological properties. The average molecular weight of polymers useful for reducing clearance rates in pharmaceutical applications is in the range of 2,000-35,000 daltons. Particularly useful PEG molecular weights are 3.4 kDa, 5 kDa, 10 kDa and 20 kDa.
The term “PEG” as used herein refers to any of several condensation polymers of ethylene glycol. PEG is also known as polyoxyethylene, polyethylene oxide, polyglycol and polyether glycol. PEG can also be produced as a copolymer of ethylene oxide and many other monomers. The end groups of PEG can be derivatized in various ways to include vinyl sulfone moieties, aldehyde moieties, methoxy groups, or other types of reactive or non-reactive end groups. For many applications for pharmaceutical or biotechnological use, substantially unsubstituted, substantially linear, linear vinyl sulfone activated PEGs other than vinyl sulfone will be used.
The hydroxyl group of such compounds reacts with a reagent having a reactive carbonyl, nitrile or sulfone group that can convert the hydroxyl group to a Michael acceptor. Any reagent known to those skilled in the art having a reactive carbonyl, nitrile or sulfone group could be used in the method of the present invention. The term “reactive carbonyl, nitrile or sulfone” refers to a reactive site suitable for thiol-specific binding at a pH of about 9 or less to the second carbon of the carbonyl, nitrile or sulfone group. It means carbonyl, nitrile or sulfone group possessed.
In a preferred embodiment of the invention, the polymer derivative of the invention has an active sulfone moiety. The term “active sulfone” refers to a sulfone group in which two carbon atoms are bonded and have a reactive site on the second carbon of the sulfone group that is suitable for thiol-specific binding at a pH below about . Non-limiting examples of active sulfones are vinyl sulfone and activated ethyl sulfone. The sulfone activated polymer may be further substituted with another substituent as long as the thiol-specific reactivity of the second carbon is maintained at a pH of about 9 or less.
Addition of such a reagent converts the hydroxyl group to a reactive Michael acceptor. The terms “Michael acceptor” or “Michael-like acceptor” are used interchangeably and refer to a functional group that is sensitive to Michael addition. “Michael addition” results in a nucleophilic attack on an electrophilic center adjacent to a pi-system with electronegative atoms. Examples of pi systems with electronegative atoms are sulfoxide, sulfonyl, carbonyl and heterocyclic aromatics. A nucleophile is added to the electrophilic center. Michael acceptor formula:
[Wherein E represents an electronegative atom]. Addition occurs at the 4th position, the formula:
[Where NuMeans a nucleophile bonded to the atom at the 4 position]. Non-limiting examples of Michael acceptor functional groups are maleimide and vinyl sulfone. The activated linker used to form the dumbbell may, but need not, include the Michael acceptor vinyl sulfone species.
The activated linker of the present invention may have more than one reactive group. Derivatives may be monofunctional, bifunctional or polyfunctional. As long as at least one active sulfone moiety is present, the reactive groups may be the same (homofunctional) or different (heterofunctional). Two particularly useful homofunctional derivatives are PEG-bis-chlorosulfone and PEG-bis-vinylsulfone.
The linker produced by the method of the present invention is a stable and isolatable linker suitable for thiol selective coupling reactions. For example, PEG chloroethyl sulfone is stable to water at a pH of about 7 or less, but can be advantageously used for thiol selective coupling at basic pH conditions up to at least about pH 9. When the pH is higher than about 9, the thiol selectivity decreases and the sulfone moiety becomes somewhat reactive towards amino groups. The linkage formed by reaction with thiol is also hydrolytically stable.
As used herein, the term “hydrolytically stable” means that the linkage between the polymer and the sulfone moiety and the sulfone-thiol linkage after conjugation do not react with water at a pH below about 11 for at least 3 days. Means that. When a significant rate of hydrolysis occurs, hydrolytically stable is a desirable requirement because the polymer may be deactivated before the reaction between the polymer and the biologically active molecule thiol occurs.
A universal purification method for activated linkers includes the following steps.
(1) synthesizing an activated linker;
(2) holding the activated linker on the HIC resin, then
(3) Isolating the desired linker form by eluting the linker from the HIC resin using conditions that can separate the various linker forms based on size and / or end group functionality, eg, an inverse linear salt gradient. .
Alternatively, the HIC purification step may be incorporated immediately prior to the concentration / diafiltration step of the “one-step” synthesis procedure.
HICs that could be used in the present invention include hydrophobic side groups (eg, octyl, butyl, phenyl or ether) on the surface of a resin having a hydrophilic vinyl copolymer backbone with methacrylic, agarose or vinyl backbones as non-limiting examples. ) Is used. Silica-based backbones can also be used. Preferred HIC columns have butyl or phenyl ligands in the methacrylic backbone.
As described above, HIC purified sulfone activated linkers can be attached to biologically active molecules having “reactive thiol moieties” to form biologically active conjugates. The term “reactive thiol moiety” refers to a sulfhydryl (—SH) group that can react with an activated linker as described herein.
Non-limiting examples of biologically active molecules that may be used in the present invention include pharmaceuticals, vitamins, nutrients, nucleic acids, amino acids, polypeptides, enzyme cofactors, steroids, carbohydrates, organic species such as heparin, metal-containing Substances, receptor agonists, receptor antagonists, binding proteins, receptors or portions of receptors, extracellular matrix proteins, cell surface molecules, antigens, haptens and chelating agents.
In general, TNFbp useful in the present invention has the sequence of human TNFbp or its truncated variants or muteins. One TNFbp, named 30 kDa TNFbp, is the extracellular portion of the p55 TNF receptor. In vivo, the extracellular portion of the receptor falls off and circulates in the bloodstream as a 30 kDa glycosylated protein that binds to TNF. The purification of TNFbp and the sequences of its amino acids and nucleic acids are described in EP393438 and EP422339. The contents of these patents are hereby incorporated by reference. These documents also teach the recombinant production of a 30 kDa TNFbp glycosylated and deglycosylated form. The actual molecular weight of the deglycosylated form of this inhibitor is approximately 18 kDa, but the term “30 kDa TNF inhibitor” encompasses both glycosylated and deglycosylated forms.
The purification of another TNF inhibitor called 40 kDa TNFbp and the sequence of amino acid and nucleic acid sequences are also described in EP393438 and EP422339. This inhibitor is in its naturally produced form the glycosylated extracellular portion of the p75 TNF receptor. Although the molecular weight of the deglycosylated form is not 40 kDa, both the glycosylated and deglycosylated form of TNFbp are referred to as “40 kDa TNF inhibitors”. These references also teach recombinant production of glycosylated and deglycosylated forms of 40 kDa TNFbp.
Reactive thiol groups can be introduced into biologically active molecules when needed. Thiol groups can also be introduced into inert molecules to form biologically active molecules as long as the thiol-sulfone linkage does not substantially destroy the desired activity.
Reactive thiol groups can be introduced by chemical means known in the art. Chemical modification can be used with polypeptide or non-peptide molecules, introducing a thiol into the molecule either alone or as part of a larger group, eg, a cysteine residue. An example of chemical introduction of thiols is Jue, R et al., Biochemistry,17: 5399-5406 (1978). Free cysteines may also be generated in polypeptides by chemically reducing cysteines, for example with DTT.
To produce a mutein containing cysteine, non-essential amino acids may be substituted with cysteine or a cysteine residue may be added to the polypeptide. A polypeptide that has been modified to include an amino acid residue at a position that did not exist in the native protein prior to modification is termed “mutein”. Non-naturally occurring cysteine can be introduced at the glycosylation site of the polypeptide and at the N-terminus or C-terminus. Since lysine residues are often found on the surface of proteins in the active conformation, lysine to cysteine mutations are also suitable. One skilled in the art can further utilize any known information regarding the binding or active site of a polypeptide to select possible mutation sites.
One skilled in the art can also use known recombinant DNA techniques to produce muteins containing cysteine. Nucleic acids encoding native polypeptides can be modified to encode muteins by standard site-directed mutagenesis. Examples of standard mutagenesis techniques are described in Kunkel, T .; A. , Proc. Nat. Acad. Sci. ,82: 488-492 (1985) and Kunkel, T .; A. Et al., Methods Enzymol. ,15467-382 (1987). The contents of both documents are included in the present invention by reference. Alternatively, nucleic acids encoding muteins can be chemically synthesized by techniques known in the art. A DNA synthesizer can be used and can be obtained, for example, from Applied Biosystems (Foster City, CA). Nucleic acids encoding the desired muteins can be expressed in various expression systems such as animal, insect and bacterial systems.
The linkage between the biologically active molecule having a reactive thiol group and the sulfone activated polymer linker is a covalent bond, and a universal method for producing such conjugates includes the following steps.
(1) selecting a desired biologically active molecule;
(2) synthesize the desired sulfone activated polymer linker;
(3) purify the sulfone activated polymer linker using HIC chromatography;
(4) reacting the HIC purified sulfone activated polymer linker with a biologically active molecule;
(5) isolating the reaction product using chromatographic techniques known in the art, then
(6) The biological activity of the formed conjugate is measured using an appropriate bioassay.
Already produced 30 kDa TNFbp muteins include
GB 2,246,569 teaches a “3-domain” 30 kDa and / or 40 kDa TNFbp, ie a deletion of the fourth domain. U.S. Provisional Application No. 1 filed July 9, 1995. 60/021443 teaches a “2.6 domain” 30 kDa TNFbp, ie, a portion of the third and fourth domains deleted. In addition, US Patent Provisional Application No. Teaches a “2.6 domain” of 30 kDa and / or 40 kDa TNFbp, ie, a portion of the third and fourth domains deleted.
The IL-1ra muteins that have already been produced include c0s116 IL-1ra; c84s116 IL-1ra; c8s116 IL-1ra; c9s116 IL-1ra and c141s116 IL-1ra. The production and purification of IL-1ra muteins is also disclosed in International Patent Publication No. WO 92/16221. Residue numbers are based on the sequences described in this published application. “0” represents addition to the N-terminus of an amino acid. “C” represents cysteine and “s” represents serine. For example, “c0s116” means that cysteine was added to the N-terminus and serine was inserted at position 116. Natural IL-1ra has free cysteine residues at positions 66, 69, 116 and 122.
Pharmaceutical compositions containing many conjugates or compounds of the present invention (collectively referred to as “conjugates”) may be prepared. These conjugates can be present in a pharmaceutically acceptable carrier to form a pharmaceutical composition of the invention. The term “pharmaceutically acceptable carrier” as used herein refers to a non-toxic, usually inert, active ingredient vehicle that does not cause side effects in patients receiving the active ingredient or composition. Suitable vehicles or carriers are described in standard pharmaceutical literature, for example, “Remington's Pharmaceutical Sciences”, 16th Ed. , Mack Publishing Co. , Easton, PA (1980). The contents of this document are included in the present invention by reference. Such carriers are, for example, aqueous solutions such as carbonate buffer, phosphate buffer, Ringer's solution and physiological saline. In addition, the carrier contains other pharmaceutically acceptable excipients to correct or maintain the pH, osmolarity, viscosity, clarity, color, sterility, stability, dissolution rate or odor of the formulation. May be contained.
The pharmaceutical composition can be prepared by methods known in the art, such as simple mixing of reagents. Those skilled in the art will appreciate that the choice of pharmaceutical carrier and the proper preparation of the composition will depend on the intended use and mode of administration.
According to one embodiment, the carrier and conjugate constitute a physiologically compatible sustained release formulation. The primary solvent in such a carrier may be either aqueous or non-aqueous. In addition, the carrier may further contain other physiologically acceptable excipients to correct or maintain the stability, dissolution, release or absorption rate of the conjugate. Such excipients are conventional substances commonly used to prepare pharmaceuticals in parenteral dosage forms in single or multiple dose forms.
After preparing the pharmaceutical composition, the pharmaceutical composition can be stored in sterile vials such as solutions, suspensions, gels, emulsions, solids, or dehydrated or lyophilized powders. Such formulations may be stored in a form that can be used as is, or may be stored in a form that requires reconstitution immediately prior to administration. The preferred storage temperature of such formulations is at least 4 ° C. or less, preferably −70 ° C. Also, such formulations containing the conjugate are preferably stored and administered at or near physiological pH. Currently, administration of formulations at high pH (ie, values above 8) or low pH (ie, values below 5) is considered undesirable.
Methods for administering a formulation containing the conjugate for systemic delivery include subcutaneous, intramuscular, intravenous, oral, intranasal, or other suppositories for intravaginal or rectal administration. Methods for administering a formulation containing the conjugate for the purpose of local delivery include intra-articular, intratracheal, infusion, or intra-airway inhalation. Furthermore, it may also be desirable to administer the conjugate to a specific portion of the gastrointestinal tract by oral administration or device of the conjugate in a suitable formulation.
For oral administration, the conjugate is encapsulated. Encapsulated conjugates can be formulated with or without the addition of conventional pharmaceutically acceptable carriers used in the preparation of solid dosage forms. Preferably, the capsule is designed so that the active portion of the formulation is released at the location of the gastrointestinal tract where bioavailability is greatest and pre-system degradation is minimized. Additional excipients that facilitate the absorption of the conjugate may be incorporated. Diluents, flavorings, low melting point waxes, vegetable oils, lubricants, suspending agents, tablet disintegrating agents, and binders may also be used.
Regardless of the dosage form, individual dosages are calculated based approximately on the patient's weight. Other factors that determine the proper dosage are the type of disease or disorder to be treated or prevented, the route of administration, the age, sex and condition of the patient. In some embodiments, dosages and dosage forms are planned such that the conjugate is in a preselected concentration range in the patient's bloodstream. For example, it is considered that an effective composition cannot be obtained by maintaining circulation of a TNF inhibitor or IL-1 inhibitor at a concentration of less than 0.01 ng per ml of plasma. Conversely, maintaining a level of circulation above 10 μg per ml for an extended period of time will cause undesirable side effects. The method of making the calculations necessary to determine the appropriate dosage for treatment with each of the above formulations is a routine task of the average person skilled in the art, especially information regarding dosages disclosed herein. And a range of operations that can be routinely performed by those skilled in the art without special experimentation with reference to the assay. These dosages can be ascertained by using established dosage determination assays with appropriate volume-response data.
It should be noted that the conjugate formulations described herein can be used for both veterinary and human pharmaceutical applications, and that the term “patient” should not be construed restrictively. When used as a veterinary medicine, the dosage range is the same as above.
The conjugates of the invention can be used in a variety of applications, including non-limiting examples such as in vitro diagnostic assays, production of pharmaceutical compositions, and the like. Conjugates containing TNFbp, IL-1ra, alone or in combination with multiple conjugates, adult respiratory disorder syndrome, pulmonary fibrosis, arthritis, psoriasis, myeloid and other leukemias, ischemia / reperfusion, It can be used to treat diseases such as asthma, cachexia / anorexia, diabetes, septic shock, inflammatory bowel disease, multiple sclerosis, stroke, Crohn's disease, transplant rejection, hemorrhagic trauma. Conjugates can also be used for many in vitro uses such as affinity chromatography (partition) and diagnostic purposes well known to those skilled in the art. For example, such conjugates can be attached to a solid surface and used to purify or detect a ligand that specifically binds to a receptor bound to an activated linker.
The following examples illustrate various features of the present invention in more detail.
Example 1
This example describes the preparation of an activated
“One-step” synthesis of 20 kDa PEGbv
Polyethylene glycol (PEG-DIOLTM) Shearwater Polymers Inc. (Birmingham, AL). Divinyl sulfone, 1 M potassium t-butoxide (in tetrahydrofuran (THF)), toluene (anhydrous, seal), di-i-propyl ether (99 +%, inhibited with 25 ppm butylated hydroxytoluene (BHT)), Tetrahydrofuran (anhydrate containing 0.025% BHT as an inhibitor, true seal) was obtained from Aldrich Chemical Company (Milwaukee, Wisconsin). Dichloromethane (Omni Solvent) and diethyl ether (EM) were purchased from VWR Scientific Company (Denver, Colorado). Anhydrous sodium sulfate powder is described in J. Org. T.A. Purchased from Baker (Phillipsburg, New Jersey).
A thermometer, a condenser, a rubber septum, and a mechanical variable speed stirrer are attached to a round bottom flask with a capacity of 4 liters (45/50 for one mouth and 24/40 joint for 3 necks). It was immersed in a water bath containing a water immersion heater. The flask was maintained under positive argon pressure. The condenser was connected to a two-necked round bottom flask and a vacuum line was connected from this flask. Polyethylene glycol (20 kDa, 300 g, 15 mmol) was weighed and transferred via a funnel into a 22 liter flask and 3 liters of anhydrous toluene was introduced through the cannula while stirring the mixture. The water bath temperature was set at 45 ° C. and stirring was continued until the solution became clear (˜1 hour). The solvent was evaporated to dryness under vacuum (˜60 mm Hg). The solid residue was dissolved in 9 liters of anhydrous tetrahydrofuran (added via cannula). The water bath temperature was set at 25 ° C. Stirring was continued until the temperature of the solution reached 25 ° C. Divinyl sulfone (6 ml, 59.97 mmol) was added via syringe over 15 minutes. The mixture was stirred for 10 minutes (75 rpm). Potassium t-butoxide (1M in THF, 3 ml, 3 mmol) was added via an addition funnel over 25 minutes.
After the addition of the base, the reaction mixture was stirred at 25 ° C. for 6 hours. The water bath was then heated to 40 ° C. to evaporate the THF (350 mm Hg). 1 liter of a 1: 1 mixture of dichloromethane and tetrahydrofuran was added to the solid residue and stirred until a clear solution was formed. The solution was cooled to 25 ° C. and quenched (−20 ° C.). Di-i-propyl ether (1 x 5 liters) was added to the solution from the addition funnel with continued stirring. The condenser was removed from the flask. A filtration pressure funnel was connected to the flask with a flexible needle and the precipitate was transferred from the flexible needle and filtered through a filtration funnel under vacuum (1 liter, 70-100 μ). The precipitate was divided into two portions and transferred to a 2 liter Erlenmeyer flask and stirring (magnetic stirrer) with 1 liter (each) of i-propyl ether was continued for 3 hours. The precipitate was filtered (2 liters, 70-100μ), washed with 800 ml diethyl ether, placed in a dryer and dried under vacuum (5 mm Hg) for 72 hours. The measured yield was 278.6 g (91.6% recovery based on the weight of polyethylene glycol).
The product was transferred to an Erlenmeyer flask (2 liters) and 1 liter of dichloromethane (Omni Solvent) was added. After the product was completely dissolved, the solution (syrup form) was transferred to a 5 liter drop bottom flask equipped with a mechanical stirrer. The Erlenmeyer flask was washed with another 500 ml of dichloromethane and the solution was added to the drop bottom flask. The solution was then stirred (65 rpm) for 5 minutes. Saturated sodium chloride (1 liter) was added and stirred for 5 minutes (75 rpm). The mixture was allowed to stand until the two layers were clearly separated. The organic layer was removed and stored in a separate container. This process was repeated three times and all organic layers were combined.
The solution is then divided into two aliquots (3 liters each), transferred to two Erlenmeyer flasks (4 liters), and magnetically combined with 500 g of anhydrous sodium sulfate powder (JT Baker, Phillipsburg, New Jersey). Stir at room temperature for 16 hours with a stirrer (the flask is completely covered with aluminum foil throughout the process). The solution was filtered through a filter funnel (2 liters, 70-100 μ) and the filtrate was transferred to a 22 liter four-necked flask maintained in a water bath (40 ° C.). The solvent was evaporated under vacuum (285-360 mbar) and the residue (highly viscous liquid) was redissolved in a 1: 1 mixture (1 liter) of dichloromethane and THF. The solution was then precipitated as before, filtered and dried. The measured yield was 221.0 g (72.67% recovery based on the weight of polyethylene glycol).
Example 2
This example describes a series of loading and elution experiments designed to test the binding ability of Butyl, Phenyl and Ether HIC resins to 20 kDa PEGbv.
Assay used
1. PEG assay
PEG-containing fractions were detected by Nessler's reagent (Sigma / Aldrich). Typically, 0.01 ml of Nessler's reagent is added to a 0.25 ml aliquot of the column fraction placed in a glass test tube. Upon addition of the Nessler reagent, the PEG containing fraction formed a milky precipitate.
2. PEG quantitative analysis
Nessler's reagent (1.5 ml) was added to a glass test tube, followed by 18.75 microliters of the test sample. The tube was rotated and allowed to stand for 10-15 minutes, and the turbidity at 600 nm was read (Beckman DU 70 spectrophotometer) compared to a blank containing only the Nessler reagent. PEG was then quantified from standard curves generated from 1.5, 1.0, 0.75, 0.50 and 0.25 mg / ml PEG standards.
Experimental procedure
5ml pre-packed ToyoPearl▲ R ▼Butyl, Phenyl and Ether 650C HIC columns (TosoHaas, Montgomeryville, PA) were used. 10 mg (2 mg / ml bed volume) of 20 kDa PEGbv in various concentrations of NaCl or sodium sulfate was retained on the column and eluted with water using gravity. All experiments were performed at room temperature and 0.5-1.0 ml fractions were collected manually into 13 × 100 mM glass test tubes. PEG was measured by Nessler's assay. Table 1 shows the salt concentration required to fully bind 20K PEGbv to the various HIC resins (ie, there is no detectable PEGbv in the flow-through).
As shown in Table 1, Butyl 650C HIC resin has a slightly higher affinity for PEG than Phenyl 650C HIC resin. Also, Ether 650C HIC resin did not bind to PEG retained at a concentration of 2M NaCl or 0.5M sodium sulfate.
Example 3
This example describes an experiment designed to test the ability of Butyl HIC resin to separate various PEG diols based on size. PEG-containing fractions were determined using the PEG assay described above and the molecular weight of PEG was confirmed by SEC HPLC.
Assay used:
1. Size exclusion chromatography (SEC) HPLC assay
Size exclusion chromatography of the HIC purified PEG fraction was performed using Toso-Haas G3000.swxlThis was performed using a column (Synchrom, Inc., Linden, NJ). 100-200 μl samples are injected at 0.5-1.0 mg / ml. The column was maintained at room temperature and equilibrated in 10 mM sodium phosphate buffer, 150 mM NaCl, 0.004% sodium dodecyl sulfate (SDS), pH 6.5. PEG was eluted from the column using a buffer containing 10 mM sodium phosphate, 150 mM NaCl, and 0.004% SDS, pH 6.5. In some experiments, elution of PEG was monitored using a Refractive Index detector (detecto) (Bio-Rad, Hercules, CA). In other experiments, PEG was first derivatized with o-thiobenzoic acid so that the eluate could be monitored by UV absorbance at 254 nm.
Experimental operation:
ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (1.5 × 11 cm) was loaded with a total of 3 mg PEG diol per ml column bed volume (bed volume). The column was equilibrated in 4M NaCl. The introduction was 9.7 ml in volume and contained 2.97 kDa, 11.9 kDa, 20 kDa and 50 kDa PEG diols in amounts of 1.5 mg / ml each (2.97 kDa and 11.9 kDa PEG diols were purchased from Polymer Laboratories. , 20 kDa and 50 kDa PEG diols were purchased from Shearwater Polymers). After introduction, the column was washed with 2 column volumes of 4M NaCl and eluted with 15 column volumes of linear gradient 3 → 1M NaCl. The flow rate was 2.5 ml / min during the introduction, washing and elution steps. Three minute (7.5 ml) fractions were collected and analyzed for PEG. The elution profile is shown in FIG. The molecular weights of the four peaks confirmed by size exclusion HPLC chromatography are as shown in the figure.
To complete the initial experiments described above, PEGbv eluted in 2M NaCl flow-through and PEGbv eluted in the water eluate of the Phenyl 650C column described in Example 2 were analyzed by SEC HPLC assay. . From the SEC HPLC data, it was found that the material in the 2M NaCl flow-through was rich in 20 kDa PEGbv, while the material in the water eluate contained mainly high molecular weight PEGbv. Such data confirms that PEG diol and 20 kDa PEGbv can be separated based on size using HIC, especially Phenyl and / or Butyl HIC.
Example 4
This example tests various 20 kDa PEGbv introduction conditions and describes a series of HIC experiments using various linear NaCl concentration gradients for elution of PEGbv from Butyl or Phenyl HIC resins. All experiments were performed at room temperature and usually as described in Example 2.
First experiment:
In the first experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Phenyl 650S HIC column (1.5 × 6.5 cm) was used. The 650S resin differs from the 650C resin in that the particle size is 20-50 μm instead of 50-150 μm. The column was equilibrated in 3M NaCl and 2 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. PEGbv was eluted using a linear concentration gradient NaCl (3 → 0 M NaCl) 10 times the column volume at a flow rate of 1.5 ml / min. A 2 minute (3.0 ml) fraction was collected. The elution profile is shown in FIG. The yield (%) of 20 kDa PEGbv was then measured using the assay described in Example 3 (see Table 2).
Second experiment:
In the second experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (1.5 × 11.4 cm) was used. The 650M resin differs from the 650C resin in that the particle size is 40-90 μm instead of 50-150 μm. The column was equilibrated in 2M NaCl and 2 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. PEGbv was eluted using a linear concentration gradient NaCl (2 → 0 M NaCl) 10 times the column volume at a flow rate of 1.5 ml / min. A 3 minute (4.5 ml) fraction was collected. The elution profile is shown in FIG. The yield (%) of 20 kDa PEGbv was then measured using the assay described in Example 3 (see Table 2).
Third experiment:
In the third experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (3.2 × 18.0 cm) was used. The column was equilibrated in 2.5 M NaCl and 1.8 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. PEGbv was eluted using a linear concentration gradient NaCl (2 → 0.5 M NaCl) 10 times the column volume at a flow rate of 9.6 ml / min. A 2.5 minute (24 ml) fraction was collected. The yield (%) of 20 kDa PEGbv was then measured using the assay described in Example 3 (see Table 2).
Fourth experiment:
In the fourth experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (1.5 × 11.5 cm) was used. The column was equilibrated in 5M NaCl and 8 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. The amount of introduction per unit bed volume was increased for the purpose of getting closer to large-scale operating conditions. Due to the increased amount introduced, higher NaCl concentrations (5M vs 2M) were required for PEGbv to fully bind to the column. PEGbv was eluted using a linear concentration gradient NaCl (3.5 → 1 M NaCl) 10 times the column volume at a flow rate of 2.0 ml / min. A 1.5 minute (3 ml) fraction was collected. The yield (%) of 20 kDa PEGbv was then measured using the assay described in Example 3 (see Table 2).
Experiment 5:
In the fifth experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (1.5 × 11.5 cm) was used. The column was equilibrated in 5M NaCl and 8 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. PEGbv was eluted using a linear gradient NaCl (2 → 0.5 M NaCl) 15 times the column volume and a flow rate of 2.1 ml / min. Fractions were collected. The elution profile is shown in FIG. The resolution profile of this experiment was not as good as that obtained with the 2 mg / ml introduction. However, the measured SEC HPLC purity obtained from this experiment is as shown in FIGS. The data in FIGS. 4 and 5 demonstrate that high molecular weight PEGbv was removed as appropriate despite the low resolution.
Experiment 6:
In the sixth experiment, ToyoPearl▲ R ▼ A Butyl 650M HIC column (7.0 × 14 cm) was used. The column was equilibrated in 4.5M NaCl and 8 mg PEGbv per ml bed volume was introduced into the column. PEGbv was eluted using a linear concentration gradient NaCl (3.5 → 1.0 M NaCl) 17 times the column volume at a flow rate of 55 ml / min.
As the above data shows, the use of linear concentration gradient NaCl in Phenyl and / or Butyl HIC separation is effective in separating high molecular weight PEGbv from 20 kDa PEGbv. In addition, yields of about 65-75% were obtained by using 2 mg or 8 mg loading per ml of bed volume under appropriate conditions. Finally, the above data show that the experiment with the introduced amount of 8 mg / ml does not give a better resolution profile than the experiment with the introduced amount of 2 mg / ml, but the high molecular weight PEGbv can be removed as appropriate. ing.
Example 5
This example describes the preparation of a biologically active conjugate (Homone Bell) containing TNFbp and HIC purified 20 kDa PEGbv. The total yield, purity and biological activity of the conjugate is compared to that of a conventional TNFbp conjugate.
Conjugate production:
The
The washed inclusion bodies are then lysed by the addition of 8M urea in 50 mM Tris, pH 9.5 and 150 mM cysteine. The mixture is stirred for 2 hours at room temperature before regeneration. Under the above conditions, c105 mutein is denatured and reduced.
Reduced denatured c105 mutein is regenerated by dilution with 1.1 M urea, 50 mM Tris, whereby 200 μg / ml c105 mutein, 1.5 M urea, 7.5 mM cysteine, 50 mM Tris, pH 9.7 A final regeneration solution consisting of is obtained. The regeneration mixture is maintained at 6-10 ° C. for 2 days. Regeneration efficiency is monitored by reverse phase HPLC and cation exchange HPLC.
The regeneration mixture is then brought to pH 5.0 by addition of acetic acid and HCl. The regeneration mixture is introduced onto a cation exchange column (S-Sepharose large bead resin) pre-equilibrated in 25 mM sodium acetate, 65 mM NaCl at 4 ° C. After introduction, the column is washed with the same equilibration buffer as above. The column is eluted with a gradient of 65 → 350 mM NaCl in 25 mM sodium acetate, pH 5. The c105 mutein elutes at a NaCl concentration of about 200 mM and is collected in one pool.
The recovery pool containing the c105 mutein was diluted with 1.5 volumes of 5M NaCl, 40 mM sodium phosphate (adjusted to pH 6), which was pre-equilibrated in 3M NaCl, 20 mM sodium phosphate, pH 6 Introduce into working column (Toyo Butyl 650M column). After the introduction is complete, the column is washed with equilibration buffer. The c105 mutein is eluted using a linear salt concentration gradient 3 → 1M NaCl in 20 mM sodium phosphate, pH 6 at 8 column volumes. Collect c105 muteins in one pool. The pool is concentrated to about 3 g / l of c105 mutein and then membrane filtered (approximately 6 volumes) against 20 mM sodium phosphate, pH 6, until the final conductivity is less than 4 mmho.
The membrane filtered pool is introduced onto a SP-Sepharose high speed column equilibrated in 20 mM sodium phosphate, pH 6. After introduction, the column is washed with additional equilibration buffer and has an eluent with a pH / salt gradient combination from 20 mM sodium phosphate, 50 mM NaCl, pH 6.0 to 20 mM sodium phosphate, 50 mM NaCl, pH 6.5. Elute with. In the latter half of the gradient, c105 mutein elutes at a NaCl concentration of about 35 mM. At this point, the c105 mutein can be stored frozen.
The 20 kDa PEGbv used in this example was synthesized using the “one-step” operation described in Example 1 above. A portion of the synthesized 20 kDa PEGbv was HIC purified as described in the fifth experiment of Example 4. Next, a PEGbv: TNFbp conjugate was prepared using both 20 kDa PEGbv that was not HIC purified and 20 kDa PEGbv that was HIC purified. The conjugate was produced as follows.
Next, reduced
Conjugate assay:
PEGylation assay
Conversion of TNFbp to 20 kDa PEGbv: TNFbp dumbbell, POROSTM Quantification was performed using an HS / H 4.6 / 50 cation exchange HPLC column (Perseptive Biosystems, Cambridge, Mass.). A 50 μl sample was introduced onto the column and eluted from the column using a 10
result
When the HIC purified material was used, the conversion rate to the TNFbp dumbbell was 66.7%, and there was no detectable “pre-peak” (see FIG. 7). Non-HIC purified PEGbv from the same lot yielded only 52.9% conversion and had a “pre-peak” of 6.7% (see FIG. 8). This prominent “pre-peak” indicates a TNFbp dumbbell generated by high molecular weight PEGbv impurities.
The PEGylated mixture was then loaded onto a 1.5 × 10 cm SP-Sepharose HP column equilibrated in 50 mM sodium phosphate, pH 3.1 (4 mg / ml bed volume). After introduction, the column is washed with equilibration buffer, after which eluent with a gradient from 50 mM sodium phosphate, 0.25 M NaCl, pH 3.1 to 50 mM sodium phosphate, 0.5 M NaCl, pH 3.1 is added to the column volume. Was used to elute the TNFbp dumbbell. The elution profile is shown in FIGS. Pools were formed in several different ways for each eluate. Table 3 shows the yield (%) and purity (%) of TNFbp dumbbells for the various pooling criteria used.
The data in Table 3 shows that HIC purification of PEGbv is clearly beneficial for the purity and yield of the later obtained TNFbp dumbbell. For example, when trying to achieve a purity of 97%, only 37% TNFbp dumbbells could be recovered on the SP-Sepharose HP column when using non-HIC purified PEGbv, but as much as 58% when using HIC purified material In other words, the recovery amount of TNFbp dumbbell can be increased by 1.5 to 1.6 times by HIC purification of 20 kDa PEGbv.
Example 6
In this example, the ability of the HIC resin to separate PEG based on end group functionality was evaluated.
The “early eluting” material obtained in the third experiment of Example 4 was tested in a PEGylation assay. “Early eluting” material is the fraction that eluted immediately before the fraction pooled to obtain 20 kDa PEGbv. This material resulted primarily in TNFbp monobell when used in the manufacture of conjugates, as shown in FIG. This indicates that the “early eluting” material contains primarily PEG 20 kDa monovinyl sulfone, ie, the ability of Butyl HIC resin to separate 20 kDa PEGbv based on end group functionality.
Example 7
In this example, the stability of the linkage between c105 TNFbp mutein and PEG-bis-vinylsulfone was tested. A known amount of c105 TNFbp dumbbell was incubated for 1 week at 37 ° C. in PBS, pH 7.4, during which time aliquots were removed for analysis by SDS PAGE. Substantially no degradation of the c105 TNFbp dumbbell was observed. Only 5-10% conjugate degradation was observed after 1 week incubation at 37 ° C. at
First, one-step and multi-step activated linkers were derivatized with 2-mercaptobenzoic acid, whereby the linker stability was measured using UV. 3.0 ml of 1 mM 2-mercaptobenzoic acid (orthothiolbenzoic acid) was added to each 0.5 ml of linker solution (produced by dissolving 20 mg of linker in 0.5 ml of 50 mM sodium phosphate, pH 7.5). The mixture was mixed for a short time by vortex generation. The solution was then incubated at room temperature for over 18 hours. The incubation time at room temperature can be relatively long (up to 48 hours).
The derivatized linker solution was then diluted 1:10 with PBS and heat treated at 90 ° C. for 1 hour. Keep the heat-treated linker solution away from heat and add 100-200 μl of the solution to BIO SILTM A 250-5 column (BioRad, Hercules, CA) was injected and flowed into 10 mM sodium phosphate, 150 mM NaCl, 0.004% SDS, pH 6.5 at a flow rate of 0.5 ml / min. The collected sample was subjected to 254 nm O.D. D. At UV. Tables 4 and 5 show the UV measurement results. In these tables, the product UV peak change rate (%) is calculated based on the difference between the standard UV purity without heat treatment and the purity of the 90 ° C. heat treated sample. Purity was calculated as the quotient obtained by dividing the average peak area by the total peak area. The variability of this assay was about 2%.
As is apparent from a comparison of the results shown in Tables 4 and 5, the one-step linker is more stable than the multi-step linker. The results also show that the change in stability of the one-step linker is within the range of 2% assay variability, while the change in stability of the 4-step linker exceeds the assay variability.
The foregoing description of the invention is an example for purposes of illustration and description. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be changed and modified without departing from the spirit and scope thereof. All such changes and modifications are to be construed as being encompassed by the following claims.
Claims (6)
(a)前記PEGを疎水的相互作用クロマトグラフィー(HIC)カラムに適用するステップであって、ここで前記HICがオクチル、ブチル、フェニルおよびエーテルからなる群より選択される疎水性側基が親水性ビニルコポリマー主鎖をもつ樹脂の表面に位置するポリマー樹脂を使用するステップと、
(b)逆直線状塩勾配溶離条件を用いて所与の形態のPEGを選択的に単離するステップ
を含む前記方法。A method for purifying polyethylene glycol (PEG) diol or PEGbv , comprising:
(A) applying the PEG to a hydrophobic interaction chromatography (HIC) column, wherein the hydrophobic side group selected from the group consisting of octyl, butyl, phenyl and ether is hydrophilic. Using a polymer resin located on the surface of the resin having a vinyl copolymer backbone;
(B) The method comprising the step of selectively isolating a given form of PEG using reverse linear salt gradient elution conditions.
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