JP7385234B2 - Polyoxazoline-bound hemoglobin and artificial oxygen carrier - Google Patents
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Description
本発明は、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン、及び人工酸素運搬体に関する。 The present invention relates to polyoxazoline-bound hemoglobin and artificial oxygen carriers.
事故や災害、さらには外科的手術により大量の血液が血管外に流出してしまった場合、できるだけ早く輸血を行い、体内における酸素輸送機能を回復する必要がある。まずは、生理食塩水等を輸液することで、循環血液量を戻すことが最優先であるが、血液成分の中で酸素輸送の役割を担っているのは赤血球であることから、赤血球製剤の投与が不可欠となる。赤血球(長径:約8マイクロメートル)の中には約2億5000万分子のヘモグロビン(ヘムを活性中心とする分子量約64,500の酸素結合能を有するヘムタンパク質)が、約35%という高濃度でつまっている。肺で酸素を結合した赤血球内のヘモグロビンは、末梢組織で酸素を放出し、体組織細胞に酸素を供給する。多くの医療先進国においては、献血・輸血を安定的に実施できる体制が確立しているため、赤血球製剤が保管されている医療施設内や赤血球製剤を短時間で輸送可能な地域であれば、輸血治療を問題なく施すことができる。ウイルス検査も済んでいるため、輸血に伴う既知ウイルスの感染リスクはほとんどない。しかし、輸血治療(特に赤血球製剤の投与)がかかえる普遍的な課題も常に潜在する。具体的には、次のような懸念がある。(i)赤血球を投与する際には、事前に血液型の確認(クロスマッチ)を行う必要があるが、その作業に約40分を要するため、救急患者への治療に間に合わない場合がある。(ii)赤血球の保存期間は4℃で21日間と短いため、大規模災害や大震災が起こり、一度に大勢の患者が発生した場合、充分量の輸血液を確保することができない。(iii)未知ウイルスに対しては、感染リスクを排除することができない。さらに今後の社会情勢の変化に伴い、新たな問題が生じることも予想される。(iv)少子高齢化が進行し、輸血の必要な高齢者数が増え、血液提供者(ドナー)数(若年層)が減少すると、通常の医療治療においても輸血液の安定供給が困難になる。このような背景から、現在、あらためて人工血液、特に赤血球代替物となり得る人工酸素運搬体の開発に大きな期待が寄せられている。 When a large amount of blood flows out of blood vessels due to an accident, disaster, or even surgical operation, it is necessary to perform a blood transfusion as soon as possible to restore the oxygen transport function within the body. First, the top priority is to restore circulating blood volume by infusing physiological saline, etc., but since red blood cells play the role of oxygen transport among blood components, administration of red blood cell preparations becomes essential. Red blood cells (length: approximately 8 micrometers) contain approximately 250 million molecules of hemoglobin (a hemoprotein with an active center of heme and a molecular weight of approximately 64,500 that has an oxygen-binding ability), at a high concentration of approximately 35%. It's packed with. Hemoglobin in red blood cells, which binds oxygen in the lungs, releases oxygen in peripheral tissues and supplies oxygen to body tissue cells. In many medically advanced countries, systems have been established that allow blood donations and transfusions to be carried out stably. Blood transfusion therapy can be administered without any problems. Since the virus has been tested, there is almost no risk of infection with known viruses associated with blood transfusions. However, universal challenges to blood transfusion therapy (particularly the administration of red blood cell preparations) always remain. Specifically, there are the following concerns. (i) When administering red blood cells, it is necessary to confirm the blood type (crossmatch) in advance, but this process takes approximately 40 minutes, which may not be enough to treat emergency patients. (ii) Red blood cells have a short storage period of 21 days at 4°C, so if a large-scale disaster or earthquake occurs and a large number of patients are infected at once, it will not be possible to secure a sufficient amount of blood for transfusion. (iii) The risk of infection cannot be excluded from unknown viruses. Furthermore, new problems are expected to arise as social conditions change in the future. (iv) As the birthrate declines and the population ages, the number of elderly people who require blood transfusions increases, and the number of blood donors (young people) decreases, it will become difficult to maintain a stable supply of blood transfusions even in normal medical treatment. . Against this background, there are currently great expectations for the development of artificial blood, especially artificial oxygen carriers that can serve as red blood cell substitutes.
既に1980年代から、血液型が存在せず(全ての血液型の人間に対して投与可能)、ウイルス感染等のリスクがなく、長期保存が可能で、必要な時にいつでもどこでも使用できる人工酸素運搬体の開発が欧米及び日本を中心に展開されてきた。例えば、日本では、リン脂質分子が水中で自己組織化して形成する二分子膜小胞体(リポソーム)の内水相にヘモグロビンを封入した細胞型人工酸素運搬体が開発されている(例えば、特許文献1参照)。この細胞型人工酸素運搬体には、問題となる副作用もなく、実用化が待望されているが、高度な調製技術、及び初期コストが高い心配もあり、臨床試験には至っていない。 Already in the 1980s, artificial oxygen carriers have been developed that have no blood type (can be administered to humans of all blood types), have no risk of viral infection, can be stored for long periods of time, and can be used whenever and wherever needed. Development has been carried out mainly in Europe, America and Japan. For example, in Japan, a cell-type artificial oxygen carrier has been developed in which hemoglobin is encapsulated in the inner aqueous phase of a bilayer membrane endoplasmic reticulum (liposome) formed by self-assembly of phospholipid molecules in water (for example, patent document (see 1). Although this cell-type artificial oxygen carrier has no problematic side effects and is eagerly awaited for practical use, it has not yet been tested in clinical trials due to concerns about the advanced preparation technology and high initial cost.
一方、米国でも、人工酸素運搬体として、ヘモグロビンを分子内架橋した分子内架橋ヘモグロビン(例えば、特許文献2参照)、ウシヘモグロビンを架橋剤で結合したヘモグロビン重合体(例えば、特許文献3参照)、ヒトヘモグロビンを架橋剤で結合したヘモグロビン重合体(例えば、特許文献4参照)、ヒトヘモグロビンの分子表面に水溶性高分子であるポリエチレングリコール(PEG)を結合させたPEG結合ヘモグロビン(例えば、特許文献5参照)等が開発され、臨床試験に進んでいる。これらの人工酸素運搬体は、サブユニット間を分子内架橋したり、分子サイズ(分子量)を大きくしたりして、ヘモグロビンがサブユニットに解離して腎排泄されるのを回避する設計であるが、血管収縮による血圧亢進、心筋梗塞等の副作用が生じたり、人工酸素運搬体投与群と生理食塩水投与群との間に効果の差が少ない、等の理由から、米国食品医薬品局(FDA)に認可され、臨床使用されている製剤は未だない。 On the other hand, in the United States, as artificial oxygen carriers, intramolecularly cross-linked hemoglobin (for example, see Patent Document 2), hemoglobin polymer made by bonding bovine hemoglobin with a crosslinking agent (for example, see Patent Document 3), Hemoglobin polymers in which human hemoglobin is bonded with a crosslinking agent (see, for example, Patent Document 4); PEG-bonded hemoglobin in which polyethylene glycol (PEG), a water-soluble polymer, is bonded to the molecular surface of human hemoglobin (for example, in Patent Document 5); ) have been developed and are proceeding to clinical trials. These artificial oxygen carriers are designed to prevent hemoglobin from dissociating into subunits and being excreted by the kidneys by creating intramolecular crosslinks between subunits or increasing the molecular size (molecular weight). The U.S. Food and Drug Administration (FDA) There are still no approved formulations in clinical use.
PEGは生体適合性を有する生体不活性な水溶性高分子の標準的な材料と考えられている。しかし、PEG結合アスパラギナーゼ、PEG結合ウリカーゼによる治療を受けた患者からPEGに対する血清抗体が検出され、これら抗PEG抗体の存在により、投与されたPEG結合製剤が速やかに体外へ排出されることが報告されている(例えば、非特許文献1、2参照)。さらに、PEG結合製剤による治療を受けたことがない患者でも、25%以上の患者に抗PEG抗体が見つかっている(例えば、非特許文献3、4、5)。これは、市場に出回っている食品、化粧品等のさまざまな製品にPEGが使用されていることが原因と考えられている。また、PEG結合ヘモグロビンを繰り返し投与すると、細胞の空胞化が観測されることも報告されている(例えば、非特許文献6)。斯かる状況の下、PEGに置き換わる生体適合性を有する新しい水溶性高分子の開発に注目が集まっている。 PEG is considered a standard biocompatible, bioinert, water-soluble polymer material. However, serum antibodies against PEG have been detected in patients treated with PEG-conjugated asparaginase and PEG-conjugated uricase, and it has been reported that the presence of these anti-PEG antibodies causes the administered PEG-conjugated preparation to be rapidly excreted from the body. (For example, see Non-Patent Documents 1 and 2). Furthermore, anti-PEG antibodies have been found in more than 25% of patients, even those who have not received treatment with PEG-conjugated preparations (eg, Non-Patent Documents 3, 4, 5). This is thought to be due to the fact that PEG is used in various products such as foods and cosmetics on the market. It has also been reported that vacuolization of cells is observed when PEG-conjugated hemoglobin is repeatedly administered (for example, Non-Patent Document 6). Under such circumstances, attention is being focused on the development of new biocompatible water-soluble polymers that can replace PEG.
人工酸素運搬体の開発においても、PEG以外で、生体適合性が高く(例えば、腎排泄がなく、血圧亢進や抗原抗体反応等の副作用がなく)、且つ調製(合成)が容易な水溶性高分子を結合したヘモグロビン製剤の開発が強く望まれている。 In the development of artificial oxygen carriers, in addition to PEG, we are using water-soluble high-density oxygen carriers that are highly biocompatible (e.g., no renal excretion, no side effects such as increased blood pressure or antigen-antibody reactions), and are easy to prepare (synthesize). There is a strong desire to develop hemoglobin preparations that bind molecules.
本発明は、生体適合性が高く、且つ調製(合成)が容易である、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン及び人工酸素運搬体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide polyoxazoline-bound hemoglobin and an artificial oxygen carrier that are highly biocompatible and easy to prepare (synthesize).
本発明者らは、酸素結合能を有するヘモグロビンに、生体適合性を有するポリオキサゾリンを共有結合させることにより、その目的を達成し得ることを見出した。 The present inventors have discovered that this objective can be achieved by covalently bonding a biocompatible polyoxazoline to hemoglobin, which has an oxygen-binding ability.
ポリオキサゾリンは、生体適合性が高く、且つ非免疫原性の疑似ポリペプチド構造からなる非イオン性の(電荷を持たない)水溶性高分子である。また、PEGの好ましい特性を多く示しながら、その欠点のいくつかを回避できる。ポリオキサゾリンの特筆すべき特徴を列挙すると次のとおりである(カッコ内はPEGの欠点)。(I)オキサゾリンの開環重合により容易に合成でき、様々な側鎖置換誘導体の調製も容易(PEGは重合が困難で、側鎖がない)、(II)過酸化物を生成しない(PEGは過酸化物を生成する)、(III)低粘度(PEGは高濃度で高粘度)、(IV)室温で安定(PEGは低温で安定であるが、室温では不安定)、(V)体内で分解し容易に除去される(PEGは蓄積する可能性あり)。本発明者らは、ヘモグロビンを修飾する化合物として、ポリオキサゾリンが、PEGの代替材料になり得ることを見出した。 Polyoxazoline is a nonionic (uncharged) water-soluble polymer that is highly biocompatible and has a non-immunogenic pseudo-polypeptide structure. It also exhibits many of the favorable properties of PEG while avoiding some of its drawbacks. The noteworthy features of polyoxazoline are listed below (the disadvantages of PEG are in parentheses). (I) It can be easily synthesized by ring-opening polymerization of oxazoline, and various side chain-substituted derivatives can be easily prepared (PEG is difficult to polymerize and has no side chains); (II) it does not generate peroxides (PEG is difficult to polymerize and has no side chains); (forms peroxide), (III) low viscosity (PEG has high viscosity at high concentrations), (IV) stable at room temperature (PEG is stable at low temperatures but unstable at room temperature), (V) in the body. Decomposes and is easily removed (PEG may accumulate). The present inventors have discovered that polyoxazoline can be an alternative material to PEG as a compound that modifies hemoglobin.
すなわち、本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、コアとしてのヘモグロビンと、前記ヘモグロビンに架橋剤を介して共有結合されたシェルとしてのポリオキサゾリンとを有することを特徴とする。 That is, the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present invention is characterized by having hemoglobin as a core and polyoxazoline as a shell covalently bonded to the hemoglobin via a crosslinking agent.
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記ヘモグロビンにおける前記架橋剤との結合部位が、リシン、タンパク質末端の1級アミン、又はシステインであることが望ましい。 In the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present invention, the binding site with the crosslinking agent in the hemoglobin is preferably lysine, a primary amine at a protein end, or cysteine.
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記架橋剤を介した共有結合が、以下の構造(1)を含むことが望ましい。
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記架橋剤を介した共有結合が、マレイミド基導入剤に由来する構造を含むことが望ましい。 In the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present invention, it is desirable that the covalent bond via the crosslinking agent includes a structure derived from the maleimide group-introducing agent.
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記マレイミド基導入剤が、下記一般式(1)及び(2)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが望ましい。
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記架橋剤を介した共有結合が、以下の構造(2)を含むことが望ましい。
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記架橋剤を介した共有結合が、チオール基導入剤に由来する構造をさらに含み、前記チオール基導入剤が、下記化学式(4)、下記一般式(5)、及び下記一般式(6)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物であることが望ましい。
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおいては、前記架橋剤を介した共有結合が、以下の構造(3)又は構造(4)を含むことが望ましい。
本発明の人工酸素運搬体は、前記ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンを含むことを特徴とする。 The artificial oxygen carrier of the present invention is characterized by containing the polyoxazoline-bound hemoglobin.
本発明によれば、生体適合性が高く、且つ調製(合成)が容易である、新規なポリオキサゾリン結合ヘモグロビン及び人工酸素運搬体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel polyoxazoline-bound hemoglobin and an artificial oxygen carrier that have high biocompatibility and are easy to prepare (synthesize).
以下、本発明の実施の形態について必要に応じて図面を参照して具体的に例示説明する。
<ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン>
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、少なくともコアとしてのヘモグロビンと、シェルとしてのポリオキサゾリンとを有し、さらに必要に応じて、その他の部位を有する。前記ヘモグロビンと前記ポリオキサゾリンとは、架橋剤を介して共有結合している。
Embodiments of the present invention will be specifically illustrated below with reference to the drawings as necessary.
<Polyoxazoline-bound hemoglobin>
The polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment has at least hemoglobin as a core and polyoxazoline as a shell, and further has other parts as necessary. The hemoglobin and the polyoxazoline are covalently bonded via a crosslinking agent.
例えば、図1に示すように、本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビン100は、コアとしてのヘモグロビン10と、シェルとしての6個のポリオキサゾリン20とを有していてよい。図1において、ヘモグロビン10とポリオキサゾリン20とは、架橋剤を介して共有結合されている。
For example, as shown in FIG. 1, the polyoxazoline-bound
[ヘモグロビン]
前記ヘモグロビンは、4つのヘモグロビンサブユニットから構成される場合、分子量が約64500ダルトンである。
前記ヘモグロビンは、4つのサブユニットから構成されることが好ましく、各サブユニットは、それぞれ1つのプロトヘムを有する。該プロトヘム内の鉄原子に酸素が結合する。即ち、4つのサブユニットから構成されるヘモグロビン1分子には、4つの酸素分子が結合することができる。前記ヘモグロビンとしては、4つのサブユニットからなる4量体であってもよいし、3、2、1量体であってもよい。
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、ヘモグロビンに含まれる少なくとも1つのヘモグロビンサブユニットに、架橋剤を介してポリオキサゾリンが結合していればよい。例えば、ヘモグロビンが複数のヘモグロビンサブユニットから構成される場合(例えば、2、3、4量体等)、全てのヘモグロビンサブユニットに架橋剤を介してポリオキサゾリンが結合していてもよいし、架橋剤を介してポリオキサゾリンが結合していないヘモグロビンサブユニットが含まれていてもよい。
[hemoglobin]
The hemoglobin, when composed of four hemoglobin subunits, has a molecular weight of about 64,500 daltons.
Preferably, the hemoglobin is composed of four subunits, each subunit having one protoheme. Oxygen binds to the iron atom within the protoheme. That is, four oxygen molecules can bind to one molecule of hemoglobin, which is composed of four subunits. The hemoglobin may be a tetramer consisting of four subunits, or may be a 3-, 2-, or 1-mer.
In the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment, it is sufficient that the polyoxazoline is bound to at least one hemoglobin subunit contained in hemoglobin via a crosslinking agent. For example, when hemoglobin is composed of multiple hemoglobin subunits (e.g., dimeric, trimeric, tetrameric, etc.), polyoxazoline may be bonded to all hemoglobin subunits via a crosslinking agent, or Hemoglobin subunits to which polyoxazoline is not bound via an agent may also be included.
前記ヘモグロビンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ヒトを含む脊椎動物由来の赤血球から精製したもの等を使用できる。前記ヘモグロビンとしては、ヒトヘモグロビン、ウシヘモグロビン、ブタヘモグロビン、ウマヘモグロビン、イヌヘモグロビン、ネコヘモグロビン、組換えヘモグロビン、分子内架橋ヘモグロビン、及びヘモグロビン重合体からなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ヒトヘモグロビンが、生体適合性が高い点で好ましい。また、前記ヘモグロビンは、タンパク質合成(培養)により容易に製造することができる。 The hemoglobin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and hemoglobin purified from red blood cells derived from vertebrates including humans can be used. The hemoglobin may be at least one selected from the group consisting of human hemoglobin, bovine hemoglobin, porcine hemoglobin, horse hemoglobin, canine hemoglobin, feline hemoglobin, recombinant hemoglobin, intramolecularly crosslinked hemoglobin, and hemoglobin polymer. desirable. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, human hemoglobin is preferred because of its high biocompatibility. Further, the hemoglobin can be easily produced by protein synthesis (culture).
-ヒトヘモグロビン-
前記ヒトヘモグロビンとしては、ヒト由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Human hemoglobin-
The human hemoglobin includes those purified from human-derived red blood cells, and is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
-ウシヘモグロビン-
前記ウシヘモグロビンとしては、ウシ由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Bovine hemoglobin-
The bovine hemoglobin includes those purified from bovine red blood cells, and is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
-ブタヘモグロビン-
前記ブタヘモグロビンとしては、ブタ由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Porcine hemoglobin-
Examples of the porcine hemoglobin include those purified from porcine red blood cells, and there are no particular limitations, and it can be appropriately selected depending on the purpose.
-ウマヘモグロビン-
前記ウマヘモグロビンとしては、ウマ由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Equine hemoglobin-
Examples of the horse hemoglobin include those purified from horse-derived red blood cells, and there are no particular limitations, and it can be appropriately selected depending on the purpose.
-イヌヘモグロビン-
前記イヌヘモグロビンとしては、イヌ由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Canine hemoglobin-
Examples of the canine hemoglobin include those purified from dog-derived red blood cells, and there are no particular limitations, and it can be appropriately selected depending on the purpose.
-ネコヘモグロビン-
前記ネコヘモグロビンとしては、ネコ由来の赤血球から精製したもの等が挙げられ、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる
-Feline hemoglobin-
Examples of the cat hemoglobin include those purified from cat-derived red blood cells, and there are no particular limitations, and it can be selected as appropriate depending on the purpose.
-組換えヘモグロビン-
前記組換えヘモグロビンとしては、通常の遺伝子組換え操作、培養操作等により産生したものである限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Recombinant hemoglobin-
The recombinant hemoglobin is not particularly limited as long as it is produced by conventional genetic recombination operations, culture operations, etc., and can be appropriately selected depending on the purpose.
-分子内架橋ヘモグロビン-
前記分子内架橋ヘモグロビンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヘモグロビンにおけるサブユニットが架橋剤を介して互いに結合されたジアスピリン架橋ヘモグロビン、ビスマレイミド架橋ヘモグロビン等が挙げられる。
-Intramolecularly cross-linked hemoglobin-
The intramolecularly crosslinked hemoglobin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as diaspirin crosslinked hemoglobin, bismaleimide crosslinked hemoglobin, etc. in which subunits of hemoglobin are bonded to each other via a crosslinking agent. can be mentioned.
-ヘモグロビン重合体-
前記ヘモグロビン重合体の具体例としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、複数のヘモグロビンをグルタルアルデヒド架橋剤で結合したヘモグロビン重合体等が挙げられる。
-Hemoglobin polymer-
Specific examples of the hemoglobin polymer are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, such as a hemoglobin polymer in which a plurality of hemoglobins are bonded with a glutaraldehyde crosslinking agent.
[架橋剤]
前記架橋剤としては、例えば、マレイミド基導入剤を含む架橋剤、チオール基導入剤を含む架橋剤等が挙げられ、具体的には、マレイミド基導入剤、チオール基導入剤等が挙げられる。前記架橋剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Crosslinking agent]
Examples of the crosslinking agent include a crosslinking agent containing a maleimide group-introducing agent, a crosslinking agent containing a thiol group-introducing agent, and more specifically, a maleimide group-introducing agent, a thiol group-introducing agent, and the like. The crosslinking agents may be used alone or in combination of two or more.
(マレイミド基導入剤)
前記マレイミド基導入剤としては、ヘモグロビン又はポリオキサゾリンにマレイミド基を導入可能な試薬である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、マレイミド基を有する化合物が好ましく、反応効率の観点から、下記一般式(1)等の、一方の末端がスクシンイミジル基であり他方の末端がマレイミド基である二官能性の化合物、及び下記一般式(2)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物が好ましい。
R4がOHである下記一般式(2)で表される化合物を用いてマレイミド基を導入する場合は、縮合剤と共に用いて、ヘモグロビン又はポリオキサゾリンのNH2末端又はOH末端にマレイミド基を導入することが好ましい。縮合剤の例としては、N,N’-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)等が好ましい。また、R4がOHである下記一般式(2)で表される化合物は、例えば、塩化チオニル、塩化オキサリル等の化合物と反応させて、R4のOHをClに変換してから用いてもよい。
上記マレイミド基導入剤としては、ヘモグロビンのリシン残基のNH2基、タンパク質末端の1級アミンのNH2基、及びポリオキサゾリンの末端NH2基へのマレイミド基の導入には、下記一般式(1)又は下記一般式(2)で表される化合物が好ましく、ポリオキサゾリンの末端OH基へのマレイミド基の導入には下記一般式(2)で表される化合物が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The maleimide group-introducing agent is not particularly limited as long as it is a reagent capable of introducing a maleimide group into hemoglobin or polyoxazoline, and can be appropriately selected depending on the purpose. Compounds having a maleimide group are preferred, and reaction efficiency From this point of view, a group consisting of bifunctional compounds such as the following general formula (1), in which one end is a succinimidyl group and the other end is a maleimide group, and a compound represented by the following general formula (2). At least one compound selected from is preferred.
When introducing a maleimide group using a compound represented by the following general formula (2) in which R 4 is OH, it is used together with a condensing agent to introduce a maleimide group to the NH 2 terminal or OH terminal of hemoglobin or polyoxazoline. It is preferable to do so. Preferred examples of the condensing agent include N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC). Furthermore, the compound represented by the following general formula (2) in which R 4 is OH may be used after converting the OH of R 4 to Cl by reacting with a compound such as thionyl chloride or oxalyl chloride. good.
The above-mentioned maleimide group-introducing agent can be used to introduce a maleimide group into the NH 2 group of the lysine residue of hemoglobin, the NH 2 group of the primary amine at the terminal of a protein, and the terminal NH 2 group of polyoxazoline. 1) or the compound represented by the following general formula (2) is preferable, and the compound represented by the following general formula (2) is preferable for introducing a maleimide group into the terminal OH group of the polyoxazoline. These may be used alone or in combination of two or more.
例えば、前記マレイミド基導入剤におけるスクシンイミジル基と、ヘモグロビンにおけるリシン残基のアミノ基(NH2基)やタンパク質末端のアミノ基(NH2基)とを反応させることで、リシン残基のアミノ基(-NH2)やタンパク質末端のアミノ基(NH2基)にマレイミド基を導入することができる。
前記マレイミド基を導入するための方法としては、例えば、ヘモグロビンとマレイミド基導入剤を5℃~30℃で1時間~40時間攪拌すること、等が挙げられる。
For example, by reacting the succinimidyl group in the maleimide group-introducing agent with the amino group (NH 2 group) of the lysine residue in hemoglobin or the amino group (NH 2 group) at the end of the protein, the amino group (NH 2 group) of the lysine residue ( -NH 2 ) or an amino group (NH 2 group) at the end of a protein.
Examples of the method for introducing the maleimide group include stirring hemoglobin and a maleimide group-introducing agent at 5° C. to 30° C. for 1 hour to 40 hours.
(チオール基導入剤)
前記チオール基導入剤としては、ヘモグロビン又はポリオキサゾリンにチオール基を導入可能な試薬である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。反応効率の観点から、下記化学式(4)(2-イミノチオラン塩酸塩)、下記一般式(5)及び下記一般式(6)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物が好ましい。
R1がOHである下記一般式(6)で表される化合物を用いてチオール基を導入する場合は、縮合剤と共に用いて、ヘモグロビン又はポリオキサゾリンのNH2末端又はOH末端にチオール基を導入することが好ましい。縮合剤の例としては、N,N-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC)等が好ましい。また、R1がOHである下記一般式(2)で表される化合物は、例えば、塩化チオニル、塩化オキサリル等の化合物と反応させて、R1のOHをClに変換してから用いてもよい。
上記チオール基導入剤としては、ヘモグロビンのリシン残基のNH2基、タンパク質末端の1級アミンのNH2基、及びポリオキサゾリンの末端NH2基へのチオール基の導入には、化学式(4)、一般式(5)又は一般式(6)で表される化合物が好ましく、ポリオキサゾリンの末端OH基へのチオール基の導入には、一般式(6)で表される化合物が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The thiol group-introducing agent is not particularly limited as long as it is a reagent capable of introducing a thiol group into hemoglobin or polyoxazoline, and can be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoint of reaction efficiency, at least one compound selected from the group consisting of compounds represented by the following chemical formula (4) (2-iminothiolane hydrochloride), the following general formula (5), and the following general formula (6) is preferable. .
When introducing a thiol group using a compound represented by the following general formula (6) in which R 1 is OH, it is used together with a condensing agent to introduce a thiol group to the NH 2 terminal or OH terminal of hemoglobin or polyoxazoline. It is preferable to do so. Preferred examples of the condensing agent include N,N-dicyclohexylcarbodiimide (DCC) and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (EDC). Further, the compound represented by the following general formula (2) in which R 1 is OH may be used after converting the OH of R 1 to Cl by reacting with a compound such as thionyl chloride or oxalyl chloride. good.
The above-mentioned thiol group-introducing agent is used to introduce a thiol group into the NH 2 group of the lysine residue of hemoglobin, the NH 2 group of the primary amine at the terminal of a protein, and the terminal NH 2 group of polyoxazoline. , a compound represented by the general formula (5) or a general formula (6) is preferable, and a compound represented by the general formula (6) is preferable for introducing a thiol group into the terminal OH group of the polyoxazoline. These may be used alone or in combination of two or more.
[ポリオキサゾリン]
前記ポリオキサゾリンは、生体適合性が高く、且つ非免疫原性の疑似ポリペプチド構造からなる非イオン性の水溶性高分子である。大量合成が可能で、様々な官能基を導入でき、動物に安全に用いることができる。PEGが持つ優れた性質を多く示しながら、その欠点のいくつかを回避できる。さらに、ポリオキサゾリンは体内の組織に蓄積することなく、腎臓から排出される。
上記ポリオキサゾリンは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[Polyoxazoline]
The polyoxazoline is a nonionic water-soluble polymer having a highly biocompatible and non-immunogenic pseudo-polypeptide structure. It can be synthesized in large quantities, various functional groups can be introduced, and it can be safely used in animals. It exhibits many of the superior properties of PEG while avoiding some of its drawbacks. Furthermore, polyoxazolines are excreted through the kidneys without accumulating in body tissues.
The above polyoxazolines may be used alone or in combination of two or more.
前記ポリオキサゾリンとしては、下記一般式(7)で表される化合物等が挙げられる。
前記ポリオキサゾリンは、ホモ重合体であってもよいし、ヘテロ重合体であってもよい。
Examples of the polyoxazoline include compounds represented by the following general formula (7).
The polyoxazoline may be a homopolymer or a heteropolymer.
前記ポリオキサゾリンの重量平均分子量としては、500~100,000ダルトンが好ましい。 The weight average molecular weight of the polyoxazoline is preferably 500 to 100,000 Daltons.
<ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造方法>
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造方法としては、前記ヘモグロビン由来のヘモグロビン誘導体、及び前記ポリオキサゾリン由来のポリオキサゾリン誘導体を少なくとも用いて反応させる方法等が挙げられる。
<Production method of polyoxazoline-bound hemoglobin>
Examples of the method for producing the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present embodiment include a method of reacting using at least a hemoglobin derivative derived from the hemoglobin and a polyoxazoline derivative derived from the polyoxazoline.
(ヘモグロビン誘導体)
前記ヘモグロビン誘導体は、チオール基導入ヘモグロビン、マレイミド基導入ヘモグロビン、非修飾ヘモグロビンからなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましい。
(hemoglobin derivative)
The hemoglobin derivative is preferably at least one selected from the group consisting of thiol group-introduced hemoglobin, maleimide group-introduced hemoglobin, and unmodified hemoglobin.
中でも、ポリオキサゾリン誘導体として末端マレイミド基ポリオキサゾリンを用いる場合、ヘモグロビン誘導体はチオール基導入ヘモグロビン又は非修飾ヘモグロビンを用いることが望ましい。
前記チオール基導入ヘモグロビンは、ヘモグロビンのリシン残基のアミノ基(NH2基)やタンパク質末端のアミノ基(NH2基)に上記チオール基導入剤(例えば、2-イミノチオラン塩酸塩)が結合して得られたチオール基導入ヘモグロビンであることが望ましい。前記チオール基導入ヘモグロビンは、例えば、ヘモグロビン及び2-イミノチオラン等のチオール基導入剤を、5℃~30℃で0.2時間~3時間攪拌する方法等により得ることができる。
非修飾ヘモグロビンは、還元剤で処理したヘモグロビンを用いてもよい。
Among these, when using a terminal maleimide group polyoxazoline as the polyoxazoline derivative, it is desirable to use thiol group-introduced hemoglobin or unmodified hemoglobin as the hemoglobin derivative.
The thiol group-introduced hemoglobin has the above thiol group-introducing agent (for example, 2-iminothiolane hydrochloride) bound to the amino group (NH 2 group) of the lysine residue of hemoglobin or the amino group (NH 2 group) at the terminal of the protein. The obtained thiol group-introduced hemoglobin is desirable. The thiol group-introduced hemoglobin can be obtained, for example, by stirring hemoglobin and a thiol group-introducing agent such as 2-iminothiolane at 5° C. to 30° C. for 0.2 to 3 hours.
As unmodified hemoglobin, hemoglobin treated with a reducing agent may be used.
また、ポリオキサゾリン誘導体として末端チオール基ポリオキサゾリンを用いる場合、ヘモグロビン誘導体はマレイミド基導入ヘモグロビンを用いることが望ましい。
前記マレイミド基導入ヘモグロビンは、ヘモグロビンのリシン残基(NH2基)やタンパク質末端のアミノ基(NH2基)に上記マレイミド基導入剤(例えば、前記一般式(1)で表される化合物)が結合して得られたマレイミド基導入ヘモグロビンであることが望ましい。前記マレイミド基導入ヘモグロビンは、例えば、ヘモグロビン及びマレイミド基導入剤を、0℃~30℃で0.1時間~3時間攪拌する方法等により得ることができる。
Further, when using polyoxazoline with a terminal thiol group as the polyoxazoline derivative, it is desirable to use maleimide group-introduced hemoglobin as the hemoglobin derivative.
The maleimide group-introduced hemoglobin has the above-mentioned maleimide group-introducing agent (for example, a compound represented by the general formula (1)) on the lysine residue (NH 2 group) or the amino group (NH 2 group) at the protein terminal of hemoglobin. A maleimide group-introduced hemoglobin obtained by bonding is preferable. The maleimide group-introduced hemoglobin can be obtained, for example, by stirring hemoglobin and a maleimide group-introducing agent at 0° C. to 30° C. for 0.1 to 3 hours.
(ポリオキサゾリン誘導体)
前記ポリオキサゾリン誘導体は、末端マレイミド基ポリオキサゾリン、末端チオール基ポリオキサゾリンからなる群から選択される少なくとも1種であることが望ましく、下記一般式(8)~(13)で表される化合物から選択される少なくとも1種であることがより望ましい。
中でも、ヘモグロビン誘導体がチオール基導入ヘモグロビン又は非修飾ヘモグロビンである場合、末端マレイミド基ポリオキサゾリンが望ましく、ヘモグロビン誘導体がマレイミド基導入ヘモグロビンである場合、末端チオール基ポリオキサゾリンが望ましい。
前記ポリオキサゾリン誘導体は、例えば、化合物(例えば、末端にチオール基を有する化合物、末端にマレイミド基を有する化合物等)に、ポリオキサゾリンを導入する際の架橋剤として用いることができる。
(Polyoxazoline derivative)
The polyoxazoline derivative is preferably at least one selected from the group consisting of terminal maleimide group polyoxazoline and terminal thiol group polyoxazoline, and is selected from compounds represented by the following general formulas (8) to (13). It is more desirable that at least one of the above is used.
Among these, when the hemoglobin derivative is thiol group-introduced hemoglobin or unmodified hemoglobin, terminal maleimide group polyoxazoline is preferable, and when the hemoglobin derivative is maleimide group-introduced hemoglobin, terminal thiol group polyoxazoline is preferable.
The polyoxazoline derivative can be used, for example, as a crosslinking agent when introducing polyoxazoline into a compound (for example, a compound having a thiol group at the end, a compound having a maleimide group at the end, etc.).
-末端マレイミド基ポリオキサゾリン-
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、下記一般式(8)~(10)で表される化合物等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンの重量平均分子量としては、500~100,000ダルトンが好ましい。
The terminal maleimide group polyoxazoline is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and includes, for example, compounds represented by the following general formulas (8) to (10). These may be used alone or in combination of two or more. The weight average molecular weight of the terminal maleimide group polyoxazoline is preferably 500 to 100,000 daltons.
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリン中の繰り返し単位の各構造は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンは、末端にSH基を有する化合物(例えば、タンパク質中のシステイン残基、チオール基修飾をしたタンパク質等)にポリオキサゾリンを付加する架橋剤として用いることができる。
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンは、例えば、ポリオキサゾリンと、上記一般式(2)の化合物等のマレイミド基導入剤とを反応(例えば、R4がClの場合はそのまま、OHの場合は縮合剤を入れて25℃で10時間~20時間撹拌する反応等)させることにより得ることができる。混合比としては、ポリオキサゾリン1モルに対して、上記一般式(2)の化合物5~15モルの割合としてよい。反応後に、遠心分離、フィルターろ過、ゲルろ過等により精製してもよい。
得られる末端マレイミドポリオキサゾリンは、1H-NMR等により構造を解析することができる。
The structures of the repeating units in the terminal maleimide group polyoxazoline may be the same or different.
The terminal maleimide group polyoxazoline can be used as a crosslinking agent for adding polyoxazoline to a compound having an SH group at the terminal (for example, a cysteine residue in a protein, a protein modified with a thiol group, etc.).
The terminal maleimide group polyoxazoline can be obtained by, for example, reacting the polyoxazoline with a maleimide group-introducing agent such as the compound of the above general formula (2) (for example, if R 4 is Cl, it is used as it is; if R 4 is OH, it is reacted with a condensing agent). and stirring at 25°C for 10 to 20 hours). The mixing ratio may be 5 to 15 moles of the compound of general formula (2) per 1 mole of polyoxazoline. After the reaction, purification may be performed by centrifugation, filter filtration, gel filtration, or the like.
The structure of the resulting terminal maleimide polyoxazoline can be analyzed by 1 H-NMR or the like.
-末端チオール基ポリオキサゾリン-
前記末端チオール基ポリオキサゾリンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、下記一般式(11)~(13)で表される化合物等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記末端チオール基ポリオキサゾリンの重量平均分子量としては、500~100,000ダルトンが好ましい。
The terminal thiol group polyoxazoline is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and includes, for example, compounds represented by the following general formulas (11) to (13). These may be used alone or in combination of two or more. The weight average molecular weight of the terminal thiol group polyoxazoline is preferably 500 to 100,000 Daltons.
前記末端チオール基ポリオキサゾリン中の繰り返し単位の各構造は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
前記末端チオール基ポリオキサゾリンは、末端にマレイミド基を有する化合物(例えば、マレイミド基修飾をしたタンパク質等)にポリオキサゾリンを付加する架橋剤として用いることができる。
前記末端チオール基ポリオキサゾリンは、例えば、ポリオキサゾリンと、上記一般式(5)の化合物等のチオール基導入剤とを反応(例えば、25℃で10時間~20時間撹拌する反応等)させることにより得ることができる。混合比としては、ポリオキサゾリン1モルに対して、上記一般式(5)の化合物10~20モルの割合としてよい。反応後に、還元剤で処理をしたり、遠心分離、フィルターろ過、ゲルろ過等による精製を行ったりしてもよい。
得られるチオール基ポリオキサゾリンは、1H-NMR等により構造を解析することができる。
The structures of the repeating units in the terminal thiol group polyoxazoline may be the same or different.
The terminal thiol group polyoxazoline can be used as a crosslinking agent for adding polyoxazoline to a compound having a maleimide group at the terminal (for example, a protein modified with a maleimide group).
The terminal thiol group polyoxazoline can be obtained by, for example, reacting polyoxazoline with a thiol group-introducing agent such as the compound of general formula (5) (for example, by stirring at 25° C. for 10 to 20 hours). Obtainable. The mixing ratio may be 10 to 20 moles of the compound of general formula (5) per 1 mole of polyoxazoline. After the reaction, treatment with a reducing agent or purification by centrifugation, filter filtration, gel filtration, etc. may be performed.
The structure of the obtained thiol group polyoxazoline can be analyzed by 1 H-NMR or the like.
前記一般式(8)~(13)においては、いずれもR1、R2、R3がメチル基であるものは、PEGよりも高い水溶性を示す傾向にあり、R1、R2、R3がプロピル基であるものは、加熱により水への溶解度が下がる傾向にある。そのため、いずれも、R1、R2、R3がエチル基であるものが、親疎水性のバランスが取れているという点で好ましい。 In the general formulas (8) to (13) , those in which R 1 , R 2 , and R 3 are all methyl groups tend to exhibit higher water solubility than PEG; When 3 is a propyl group, the solubility in water tends to decrease upon heating. Therefore, those in which R 1 , R 2 , and R 3 are all ethyl groups are preferable in that the hydrophilic and hydrophobic properties are well-balanced.
前記一般式(8)~(13)においては、いずれも、mが、化学的な安定性が高く、最小の2であるものが好ましい。 In all of the above general formulas (8) to (13), m is preferably 2, which has high chemical stability and is the minimum.
前記ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造方法としては、より具体的には、例えば以下の(a)~(c)の方法等が挙げられる。
-ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造例(a)-
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンと、前記チオール基導入ヘモグロビンとを反応させることにより、前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンにおけるマレイミド基が、チオール基導入ヘモグロビンのチオール基と共有結合を形成する。
前記ポリオキサゾリンを導入するための方法としては、例えば、チオール基導入ヘモグロビンと末端マレイミド基ポリオキサゾリンを5℃~30℃で1時間~40時間攪拌すること、等が挙げられる。
More specific examples of the method for producing the polyoxazoline-bound hemoglobin include the following methods (a) to (c).
-Production example (a) of polyoxazoline-bound hemoglobin-
By reacting the terminal maleimide group polyoxazoline with the thiol group-introduced hemoglobin, the maleimide group in the terminal maleimide group polyoxazoline forms a covalent bond with the thiol group of the thiol group-introduced hemoglobin.
Examples of the method for introducing the polyoxazoline include stirring the thiol group-introduced hemoglobin and the polyoxazoline with a terminal maleimide group at 5° C. to 30° C. for 1 hour to 40 hours.
-ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造例(b)-
前記末端チオール基ポリオキサゾリンと、前記マレイミド基導入ヘモグロビンとを反応させることにより、前記末端チオール基ポリオキサゾリンにおけるチオール基が、マレイミド基導入ヘモグロビンのマレイミド基と共有結合を形成する。
前記ポリオキサゾリンを導入するための方法としては、例えば、マレイミド基導入ヘモグロビンと末端チオール基ポリオキサゾリンを5℃~30℃で1時間~40時間攪拌すること、等が挙げられる。
-Production example (b) of polyoxazoline-bound hemoglobin-
By reacting the terminal thiol group polyoxazoline with the maleimide group-introduced hemoglobin, the thiol group in the terminal thiol group polyoxazoline forms a covalent bond with the maleimide group of the maleimide group-introduced hemoglobin.
Examples of the method for introducing the polyoxazoline include stirring the maleimide group-introduced hemoglobin and the terminal thiol group polyoxazoline at 5° C. to 30° C. for 1 hour to 40 hours.
-ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの製造例(c)-
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンと、前記非修飾ヘモグロビンとを反応させることにより、前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンにおけるマレイミド基が、非修飾ヘモグロビンのシステインと共有結合を形成する。
前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンを導入するための方法としては、例えば、非修飾ヘモグロビンと末端マレイミド基ポリオキサゾリンを5℃~30℃で1時間~40時間攪拌すること、等が挙げられる。
-Production example (c) of polyoxazoline-bound hemoglobin-
By reacting the terminal maleimide group polyoxazoline with the unmodified hemoglobin, the maleimide group in the terminal maleimide group polyoxazoline forms a covalent bond with the cysteine of the unmodified hemoglobin.
Examples of the method for introducing the terminal maleimide group polyoxazoline include stirring unmodified hemoglobin and the terminal maleimide group polyoxazoline at 5° C. to 30° C. for 1 hour to 40 hours.
<ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの特徴>
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、前記ヘモグロビンにおける前記架橋剤との結合部位がリシンやタンパク質末端の1級アミン、又はシステインであることが望ましい。
前記チオール基導入ヘモグロビンにおける前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンとの結合部位が、導入したチオール基であることが望ましい。前記マレイミド基導入ヘモグロビンにおける前記末端チオール基ポリオキサゾリンとの結合部位が、導入したマレイミド基であることが望ましい。前記非修飾ヘモグロビンにおける前記末端マレイミド基ポリオキサゾリンとの結合部位が、システイン残基であることが望ましい。
<Characteristics of polyoxazoline-bound hemoglobin>
In the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present embodiment, it is desirable that the binding site with the crosslinking agent in the hemoglobin be lysine, a primary amine at the protein end, or cysteine.
It is desirable that the bonding site with the terminal maleimide group polyoxazoline in the thiol group-introduced hemoglobin be the introduced thiol group. It is desirable that the bonding site with the terminal thiol group polyoxazoline in the maleimide group-introduced hemoglobin be the introduced maleimide group. It is desirable that the bonding site with the terminal maleimide group polyoxazoline in the unmodified hemoglobin be a cysteine residue.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、前記架橋剤を介した結合が、マレイミド基導入剤及び/又はチオール基導入剤に由来する構造を含むことが好ましく、マレイミド基導入剤とチオール基導入剤とのみに由来する構造であることがより好ましい。
上記架橋剤を介した結合は、以下の構造(1)
の構造を有することがより好ましく、以下の構造(5)又は(6)
の構造を有することがさらに好ましい。
In the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment, the bond via the crosslinking agent preferably includes a structure derived from a maleimide group-introducing agent and/or a thiol group-introducing agent, and the bonding via the crosslinking agent preferably includes a structure derived from a maleimide group-introducing agent and a thiol group-introducing agent. It is more preferable that the structure is derived only from
The bond via the above crosslinking agent has the following structure (1)
It is more preferable to have the following structure (5) or (6)
It is further preferable to have the structure.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、調製が比較的容易であるにもかかわらず、三次元構造は明確である。ポリオキサゾリン結合ヘモグロビンの平均粒径は、8~30nmが好ましく、8~20nmがより好ましい。 Although the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment is relatively easy to prepare, it has a clear three-dimensional structure. The average particle size of the polyoxazoline-bound hemoglobin is preferably 8 to 30 nm, more preferably 8 to 20 nm.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、酸素結合部位がヘモグロビンであるため、安定な酸素化体(オキシ体)を形成することが可能であり、体組織に効率良く酸素を供給することができる。酸素親和性(P50)は、3~60Torrが好ましく、6~35Torrがより好ましい。 Since the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment has an oxygen binding site in hemoglobin, it can form a stable oxygenated form (oxy form), and can efficiently supply oxygen to body tissues. The oxygen affinity (P 50 ) is preferably 3 to 60 Torr, more preferably 6 to 35 Torr.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンのコアヘモグロビンに対するポリオキサゾリンの結合数としては、1~10本が好ましい。
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンにおける、コアヘモグロビンに対するポリオキサゾリンの結合数の測定方法としては、シアノメトヘモグロビン法(例えば、アルフレッサファーマ社、ネスコートヘモキットN、No.138016-14)を用いたヘムの定量により算出したヘモグロビンの濃度、及び4,4’-ジチオピリジンを用いたチオールの定量により算出したチオール濃度に基づいて算出する方法が挙げられる。
The number of bonds of polyoxazoline to core hemoglobin of the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment is preferably 1 to 10.
As a method for measuring the number of bonds of polyoxazoline to core hemoglobin in the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present embodiment, the cyanomethemoglobin method (for example, Alfresa Pharma, Nescot Hemokit N, No. 138016-14) was used. Examples include a method of calculating based on the hemoglobin concentration calculated by quantifying heme and the thiol concentration calculated by quantifying thiol using 4,4'-dithiopyridine.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、コアヘモグロビンの周囲が、ポリオキサゾリンで覆われているため、免疫原性はなく、腎排泄、血管内皮細胞からの漏出もない。また、ポリオキサゾリンは水溶性が高く、代謝に優れる。 In the polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment, the core hemoglobin is surrounded by polyoxazoline, so it is not immunogenic, and there is no renal excretion or leakage from vascular endothelial cells. In addition, polyoxazoline has high water solubility and excellent metabolism.
本実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、血液と混合した場合でも沈殿及び凝集は惹起せず、血液適合性は高い。また、合成等が容易であり、調製が容易である。 The polyoxazoline-bound hemoglobin of this embodiment does not cause precipitation or aggregation even when mixed with blood, and has high blood compatibility. In addition, it is easy to synthesize and prepare.
以上より、本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、例えば、生体適合性(安全性)と有効性を併せ持った類例のない人工酸素運搬体として機能し得る。 As described above, the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present invention can function, for example, as an unprecedented artificial oxygen carrier that has both biocompatibility (safety) and effectiveness.
<人工酸素運搬体>
本実施形態の人工酸素運搬体は、上記実施形態のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンを含む。なお、前記人工酸素運搬体とは、酸素分子を運搬可能な物質であり、生体に投与した場合には、赤血球の代替物として機能するものである。
上記人工酸素運搬体は、例えば、ヒト、ウシ、ブタ、ウマ、イヌ、ネコ等の脊椎動物の赤血球の代替物として用いることができる。
<Artificial oxygen carrier>
The artificial oxygen carrier of this embodiment includes the polyoxazoline-bound hemoglobin of the above embodiment. The artificial oxygen carrier is a substance capable of transporting oxygen molecules, and when administered to a living body, functions as a substitute for red blood cells.
The above artificial oxygen carrier can be used, for example, as a substitute for red blood cells of vertebrates such as humans, cows, pigs, horses, dogs, and cats.
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
-調製例1:チオール基導入ヘモグロビン(HbA-SH)の調製-
ヘモグロビン(Hb)にチオール基を導入するために、以下の操作を行った。
マイクロチューブ(1.5mL容量)に2-イミノチオラン塩酸塩(2-IT、富士フイルム和光純薬社)13.8mgを入れ、リン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)1mLで希釈し、0.1Mの2-イミノチオラン溶液を調製した。次に、1口ナスフラスコ(10mL容量)にヒトヘモグロビン(1000μM)1mLを入れ、2-イミノチオラン溶液400μL(2-イミノチオラン/ヘモグロビン(2-IT/Hb)=40(mol/mol))を加え、25℃で3時間撹拌した。その溶液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Sephadex G-25 Superfine)にかけ、過剰の2-イミノチオラン(2IT)を除去した。
得られた溶液20mLを遠心濃縮器(Merck社、アミコンウルトラ-15、限外分子量10kDa)に入れ、遠心分離機(BECKMAN COULTER社、Allegra X-15R Centrifuge、条件:3,000rpm、10分間、4℃)を用いて、2.5mLまで濃縮した(0.4mM)。
チオール基とジスルフィド結合の交換反応を利用して、チオール基導入ヘモグロビン(Hb-SH)のチオール基数を定量した。4,4’-ジチオピリジン(4,4’-Dithiopyridine)(4,4’-DTP)は、遊離チオール(SH)基と反応し、4-チオピリジノン(4-Thiopyridinone)(4-TP)を生じるので、チオール基導入ヘモグロビンに4,4’-ジチオピリジン(4,4’-DTP)を加え、生成した4-チオピリジノン(4-TP)の量を測ることにより、チオール基の量が定量できる。
エッペンドルフチューブ(2mL容量)に4,4’-ジチオピリジン(4,4’-DTP)2.2mgを入れ、リン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)1mLを加えてよく振とうし、4,4’-ジチオピリジン(4,4’-DTP)溶液(10mM)1mLを調製した。
分光用石英セル(光路長:1cm)にリン酸緩衝水溶液(PB、pH7.4)2mLを加え、紫外可視吸収(UV-Vis.)スペクトル(190nm-700nm)を紫外可視分光光度計(Agilent社、8454)を用いて測定した(ブランク)。次に、分光用石英セルに、チオール基導入ヘモグロビン(5μM)1500μLを加え、紫外可視吸収スペクトル測定を行った。続いて、4,4’-ジチオピリジン(4,4’-DTP)溶液(10mM)15μLを添加し(4,4’-ジチオピリジン/チオール基導入ヘモグロビン(4,4’-DTP/Hb-SH)=20(mol/mol))、よく振とうした。
30分間静置した後、紫外可視吸収スペクトル測定を行った。324nmの吸光度と4-チオピリジノン(4-TP)のモル吸光係数(ε324=1.98×104M-1cm-1)から、4-チオピリジノンの濃度(=チオール濃度)を算出した。
一方、シアノメトヘモグロビン法(アルフレッサファーマ社、ネスコートヘモキットN、No.138016-14)により、チオール基導入ヘモグロビン溶液中のヘモグロビン濃度を定量した。前記チオール濃度を得られたヘモグロビン濃度で割ることにより、チオール基導入ヘモグロビン(HbA-SH)のチオール基数を算出した(約6個/Hb-SH)。
(Example 1)
- Preparation Example 1: Preparation of thiol group-introduced hemoglobin (HbA-SH) -
In order to introduce a thiol group into hemoglobin (Hb), the following operation was performed.
Put 13.8 mg of 2-iminothiolane hydrochloride (2-IT, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) into a microtube (1.5 mL capacity), dilute with 1 mL of phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4), A 0.1M 2-iminothiolane solution was prepared. Next, put 1 mL of human hemoglobin (1000 μM) in a 1-neck eggplant flask (10 mL capacity), add 400 μL of 2-iminothiolane solution (2-iminothiolane/hemoglobin (2-IT/Hb) = 40 (mol/mol)), The mixture was stirred at 25°C for 3 hours. The solution was applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Sephadex G-25 Superfine) equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) to remove excess 2-iminothiolane (2IT). .
20 mL of the obtained solution was placed in a centrifugal concentrator (Merck, Amicon Ultra-15,
The number of thiol groups in thiol group-introduced hemoglobin (Hb-SH) was determined using an exchange reaction between thiol groups and disulfide bonds. 4,4'-Dithiopyridine (4,4'-DTP) reacts with free thiol (SH) groups to yield 4-Thiopyridinone (4-TP) Therefore, the amount of thiol groups can be determined by adding 4,4'-dithiopyridine (4,4'-DTP) to thiol group-introduced hemoglobin and measuring the amount of 4-thiopyridinone (4-TP) produced.
Put 2.2 mg of 4,4'-dithiopyridine (4,4'-DTP) into an Eppendorf tube (2 mL capacity), add 1 mL of phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4), and shake well. 1 mL of 4,4'-dithiopyridine (4,4'-DTP) solution (10 mM) was prepared.
Add 2 mL of phosphate buffer aqueous solution (PB, pH 7.4) to a quartz cell for spectroscopy (light path length: 1 cm), and measure the ultraviolet-visible absorption (UV-Vis.) spectrum (190 nm-700 nm) using an ultraviolet-visible spectrophotometer (Agilent). , 8454) (blank). Next, 1500 μL of thiol group-introduced hemoglobin (5 μM) was added to a quartz cell for spectroscopy, and ultraviolet-visible absorption spectra were measured. Subsequently, 15 μL of 4,4'-dithiopyridine (4,4'-DTP) solution (10 mM) was added (4,4'-dithiopyridine/thiol group-introduced hemoglobin (4,4'-DTP/Hb-SH )=20 (mol/mol)), and was shaken well.
After standing for 30 minutes, ultraviolet-visible absorption spectra were measured. The concentration of 4-thiopyridinone (=thiol concentration) was calculated from the absorbance at 324 nm and the molar extinction coefficient of 4-thiopyridinone (4-TP) (ε 324 =1.98×10 4 M −1 cm −1 ).
On the other hand, the hemoglobin concentration in the thiol group-introduced hemoglobin solution was determined by the cyanomethemoglobin method (Alfresa Pharma, Nescort Hemokit N, No. 138016-14). The number of thiol groups in the thiol group-introduced hemoglobin (HbA-SH) was calculated by dividing the thiol concentration by the obtained hemoglobin concentration (about 6/Hb-SH).
-調製例2:末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)の調製-
末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)を合成するために、以下の操作を行った。
2口ナスフラスコ(50mL容量)に、末端がヒドロキシル基であるポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)(平均分子量5,000Da、POx(5k)-OH、Sigma-ALDRICH社)120mg、及び3-maleimidopropionic acidに塩化チオニルを反応させて調製した3-maleimidopropanoly chloride(MPC)45mgを入れ、窒素通気を行った(3-maleimidopropanoly chloride/ポリオキサゾリン(MPC/POx(5k)-OH)=10(mol/mol))。
そこに、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mL、及びトリエチルアミン(富士フイルム和光純薬社)66μLを加え、25℃で18時間撹拌した。反応液の溶媒をロータリーエバポレーター(EYELA社)で留去し、純水3mLを加えよく撹拌し、遠心分離で沈殿を除去後、上清をフィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過し、純水で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Sephadex G-25 Superfine)を用いて精製した。
得られた水溶液を液体窒素で凍結した後、真空下で凍結乾燥し、1H NMRによって構造を同定した。
- Preparation Example 2: Preparation of terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-eM) -
In order to synthesize polyoxazoline with a terminal maleimide group (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eM), the following operation was performed.
In a 2-neck eggplant flask (50 mL capacity), 120 mg of poly(2-ethyl-2-oxazoline) whose terminal end is a hydroxyl group (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-OH, Sigma-ALDRICH), and 3- 45 mg of 3-maleimidopropanoly chloride (MPC) prepared by reacting maleimidopropionic acid with thionyl chloride was added, and nitrogen aeration was performed. /POx(5k)-OH)=10(mol/ mol)).
5 mL of dichloromethane (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 66 μL of triethylamine (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added thereto, and the mixture was stirred at 25° C. for 18 hours. The solvent of the reaction solution was distilled off using a rotary evaporator (EYELA), 3 mL of pure water was added, stirred well, and the precipitate was removed by centrifugation, and the supernatant was filtered (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES) and purified using a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Sephadex G-25 Superfine) equilibrated with pure water.
The resulting aqueous solution was frozen with liquid nitrogen, then freeze-dried under vacuum, and the structure was identified by 1 H NMR.
-調製例3:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)の調製-
ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)を結合したポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)を調製するために、以下の操作を行った。
1口フラスコ(5mL容量)に調製例1で調製したチオール基導入ヘモグロビン溶液(HbA-SH、0.4mM)625μLを入れ、調製例2で調製した末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)12.5mgを加え、冷蔵遮光下で14時間撹拌した(末端マレイミド基ポリオキサゾリン/チオール基導入ヘモグロビン(POx(5k)-eM/HbA-SH)=10(mol/mol))。
反応液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Superdex 200 p.g.)にかけ、未反応のポリオキサゾリンを除去した。
チオール基とジスルフィド結合の交換反応を利用して、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)溶液中のチオール濃度を定量した。一方、シアノメトヘモグロビン法(アルフレッサファーマ社、ネスコートヘモキットN、No.138016-14)により、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)溶液中のヘモグロビン濃度を定量した。前記チオール濃度を得られたヘモグロビン濃度で割ることにより、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)における、コアヘモグロビンに残存するチオール基数を算出した(約1個/Hb)。調製例1で算出したチオール基導入ヘモグロビン(HbA-SH)のチオール基数から、前記ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)のチオール基数を差し引くことにより、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)における、コアヘモグロビンに対するポリオキサゾリン結合数を算出した(約5本/HbA)。
- Preparation Example 3: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) -
In order to prepare polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) bound to polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da), the following operation was performed.
625 μL of the thiol group-introduced hemoglobin solution (HbA-SH, 0.4 mM) prepared in Preparation Example 1 was placed in a one-necked flask (5 mL volume), and 625 μL of the thiol group-introduced hemoglobin solution (HbA-SH, 0.4 mM) prepared in Preparation Example 2 was added to the polyoxazoline with a terminal maleimide group (average molecular weight 5,000 Da, 12.5 mg of POx(5k)-eM) was added and stirred for 14 hours under refrigerated light-shielding (terminated maleimide group polyoxazoline/thiol group-introduced hemoglobin (POx(5k)-eM/HbA-SH) = 10 (mol/mol) )).
The reaction solution was applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Superdex 200 p.g.) equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) to remove unreacted polyoxazoline.
The thiol concentration in a polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) solution was determined using an exchange reaction between thiol groups and disulfide bonds. On the other hand, the hemoglobin concentration in the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) solution was determined by the cyanomethemoglobin method (Alfresa Pharma, Nescot Hemokit N, No. 138016-14). By dividing the thiol concentration by the obtained hemoglobin concentration, the number of thiol groups remaining in core hemoglobin in polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) was calculated (approximately 1 group/Hb). By subtracting the number of thiol groups of the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) from the number of thiol groups of the thiol-group-introduced hemoglobin (HbA-SH) calculated in Preparation Example 1, the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx( The number of polyoxazoline bonds to core hemoglobin in 5k)-eMS-HbA) was calculated (approximately 5 bonds/HbA).
(実施例2)
-調製例1:チオール基導入ヘモグロビン(HbBv-SH)の調製-
実施例1における調製例1で、ヒトヘモグロビンの代わりに、ウシヘモグロビンを用いた以外は、実施例1における調製例1と同様な方法に従って、チオール基導入ヘモグロビン(HbBv-SH)を調製した。
(Example 2)
- Preparation Example 1: Preparation of thiol group-introduced hemoglobin (HbBv-SH) -
Thiol group-introduced hemoglobin (HbBv-SH) was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 of Example 1, except that bovine hemoglobin was used instead of human hemoglobin.
-調製例2:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbBv)の調製-
実施例1における調製例3で、チオール基導入ヘモグロビンの代わりに、実施例2における調製例1で得たチオール基導入ヘモグロビンを用いた以外は、実施例1における調製例3と同様な方法に従って、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbBv)を調製し、ポリオキサゾリン結合数を算出したところ、約6本/HbBvであった。
- Preparation Example 2: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbBv) -
According to the same method as Preparation Example 3 in Example 1, except that in Preparation Example 3 in Example 1, the thiol group-introduced hemoglobin obtained in Preparation Example 1 in Example 2 was used instead of the thiol group-introduced hemoglobin. When polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbBv) was prepared and the number of polyoxazoline bonds was calculated, it was approximately 6 molecules/HbBv.
(実施例3)
-調製例1:末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aM)の調製-
末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aM)を合成するために、以下の操作を行った。
2口ナスフラスコ(50mL容量)に、末端がアミノ基であるポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)(平均分子量5,000Da、POx(5k)-NH2、Sigma-ALDRICH社)50mg、及びN-succinimidyl 3-maleimidopropionate(SMP、富士フイルム和光純薬社)26.5mgを入れ、窒素通気を行った(N-succinimidyl 3-maleimidopropionate/ポリオキサゾリン(SMP/POx(5k)-NH2)=10(mol/mol))。
そこに、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mL、及びトリエチルアミン(富士フイルム和光純薬社)15μLを加え、25℃で18時間撹拌した。反応液の溶媒をロータリーエバポレーター(EYELA社)で留去し、純水2mLを加えよく撹拌し、遠心分離で沈殿を除去後、上清をフィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過し、純水で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Sephadex G-25 Superfine)にかけ、未反応のN-succinimidyl 3-maleimidopropionate(SMP)を除去した。
得られた水溶液を液体窒素で凍結した後、真空下で凍結乾燥し、1H NMRによって構造を同定した。
(Example 3)
- Preparation Example 1: Preparation of terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-aM) -
In order to synthesize polyoxazoline with a terminal maleimide group (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-aM), the following operation was performed.
In a 2-neck eggplant flask (50 mL capacity), 50 mg of poly(2-ethyl-2-oxazoline) whose terminal end is an amino group (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-NH 2 , Sigma-ALDRICH), and N - 26.5 mg of succinimidyl 3-maleimidopropionate (SMP, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and nitrogen aeration was performed (N-succinimidyl 3-maleimidopropionate/polyoxazoline (SMP/POx (5k) -NH 2 )=10( mol/mol)).
5 mL of dichloromethane (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 15 μL of triethylamine (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added thereto, and the mixture was stirred at 25° C. for 18 hours. The solvent of the reaction solution was distilled off using a rotary evaporator (EYELA), 2 mL of pure water was added, stirred well, and the precipitate was removed by centrifugation, and the supernatant was filtered (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES) and applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Sephadex G-25 Superfine) equilibrated with pure water to remove unreacted N-succinimidyl 3-maleimidopropionate (SMP).
The resulting aqueous solution was frozen with liquid nitrogen, then freeze-dried under vacuum, and the structure was identified by 1 H NMR.
-調製例2:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)の調製-
実施例1における調製例3で、末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)の代わりに、実施例3における調製例1で得た末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aM)を用い、さらに実施例2における調製例1で得たチオール基導入ヘモグロビン(HbBv-SH)を用いた以外は、実施例1における調製例3と同様な方法に従って、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)を調製した。ポリオキサゾリン結合数を算出したところ、約5本/HbBvであった。
- Preparation Example 2: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) -
In Preparation Example 3 of Example 1, instead of the terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eM), the terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000Da, POx(5k)-aM) was used, and the thiol group-introduced hemoglobin (HbBv-SH) obtained in Preparation Example 1 of Example 2 was used. Polyoxazoline-conjugated hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) was prepared according to the method. When the number of polyoxazoline bonds was calculated, it was approximately 5 bonds/HbBv.
(実施例4)
-調製例1:末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量2,000Da、POx(2k)-aeM))の調製-
末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量2,000Da、POx(2k)-aeM)を合成するために、以下の操作を行った。
2口ナスフラスコ(50mL容量)に、末端がヒドロキシル基であるポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)(平均分子量2,000Da、POx(2k)-NHOH、Sigma-ALDRICH社)48mg、及び3-maleimidopropionic acidに塩化チオニルを反応させて調製した3-maleimidopropanoly chloride(MPC)45mgを入れ、窒素通気を行った(3-maleimidopropanoly chloride/ポリオキサゾリン(MPC/POx(2k)-NHOH)=10(mol/mol))。
そこに、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mL、及びトリエチルアミン(富士フイルム和光純薬社)66μLを加え、25℃で18時間撹拌した。反応液の溶媒をロータリーエバポレーター(EYELA社)で留去し、純水3mLを加えよく撹拌し、遠心分離で沈殿を除去後、上清をフィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過し、純水で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Sephadex G-25 Superfine)を用いて精製した。
得られた水溶液を液体窒素で凍結した後、真空下で凍結乾燥し、1H NMRによって構造を同定した。
(Example 4)
- Preparation Example 1: Preparation of terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 2,000 Da, POx(2k)-aeM)) -
In order to synthesize polyoxazoline with a terminal maleimide group (average molecular weight 2,000 Da, POx(2k)-aeM), the following operation was performed.
In a 2-neck eggplant flask (50 mL capacity), 48 mg of poly(2-ethyl-2-oxazoline) whose terminal end is a hydroxyl group (average molecular weight 2,000 Da, POx (2k)-NHOH, Sigma-ALDRICH), and 3- 45 mg of 3-maleimidopropanoly chloride (MPC) prepared by reacting maleimidopropionic acid with thionyl chloride was added, and nitrogen aeration was performed. /POx(2k)-NHOH)=10(mol/ mol)).
5 mL of dichloromethane (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 66 μL of triethylamine (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added thereto, and the mixture was stirred at 25° C. for 18 hours. The solvent of the reaction solution was distilled off using a rotary evaporator (EYELA), 3 mL of pure water was added, stirred well, and the precipitate was removed by centrifugation, and the supernatant was filtered (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES) and purified using a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Sephadex G-25 Superfine) equilibrated with pure water.
The resulting aqueous solution was frozen with liquid nitrogen, then freeze-dried under vacuum, and the structure was identified by 1 H NMR.
-調製例2:ポリオキサゾリン(平均分子量2,000Da)結合ヘモグロビン(POx(2k)-aeMS-HbBv)の調製-
実施例1における調製例3で、末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)の代わりに、実施例4における調製例1で得た末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量2,000Da、POx(2k)-aeM))を用い、さらに実施例2における調製例1で得たチオール基導入ヘモグロビン(HbBv-SH)を用いた以外は、実施例1における調製例3と同様な方法に従って、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(2k)-aeMS-HbBv)を調製した。ポリオキサゾリン結合数を算出したところ、約7本/HbBvであった。
- Preparation Example 2: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 2,000 Da)-bound hemoglobin (POx(2k)-aeMS-HbBv) -
In Preparation Example 3 of Example 1, instead of the terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eM), the terminal maleimide group polyoxazoline obtained in Preparation Example 1 of Example 4 (average molecular weight Same as Preparation Example 3 in Example 1, except that 2,000Da, POx(2k)-aeM)) was used, and the thiol group-introduced hemoglobin (HbBv-SH) obtained in Preparation Example 1 in Example 2 was used. Polyoxazoline-conjugated hemoglobin (POx(2k)-aeMS-HbBv) was prepared according to the method described above. When the number of polyoxazoline bonds was calculated, it was approximately 7 bonds/HbBv.
(実施例5)
-調製例1:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)の調製-
ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)を結合したポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)を調製するために、以下の操作を行った。
1口フラスコ(5mL容量)にウシヘモグロビン溶液(HbBv、500μM)500μLを入れ、実施例1における調製例2で得た末端マレイミド基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eM)7.8mgを加え、冷蔵遮光下で18時間撹拌した(末端マレイミド基ポリオキサゾリン/ヘモグロビン(POx(5k)-eM/HbBv)=5(mol/mol))。
反応液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Superdex 200 p.g.)にかけ、未反応のポリオキサゾリンを除去した。
チオール基とジスルフィド結合の交換反応を利用して、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)溶液中のチオール濃度を定量した。一方、シアノメトヘモグロビン法(アルフレッサファーマ社、ネスコートヘモキットN、No.138016-14)により、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)溶液中のヘモグロビン濃度を定量した。前記チオール濃度を得られたヘモグロビン濃度で割ることにより、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)のチオール基数を算出した(0個/HbBv)。HbBvのチオール基数(2個/HbBv)から、前記ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)のチオール基数を差し引くことにより、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eM-HbBv)における、コアヘモグロビンに対するポリオキサゾリンの結合数を算出した(2本/HbBv)。
(Example 5)
- Preparation Example 1: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) -
In order to prepare polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) bound to polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da), the following operation was performed.
Put 500 μL of bovine hemoglobin solution (HbBv, 500 μM) into a one-necked flask (5 mL volume), and add the terminal maleimide group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-eM) obtained in Preparation Example 2 in Example 1. .8 mg was added thereto, and the mixture was stirred for 18 hours under a refrigerator and shielded from light (terminated maleimide group polyoxazoline/hemoglobin (POx(5k)-eM/HbBv) = 5 (mol/mol)).
The reaction solution was applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Superdex 200 p.g.) equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) to remove unreacted polyoxazoline.
The thiol concentration in a polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) solution was determined using an exchange reaction between thiol groups and disulfide bonds. On the other hand, the hemoglobin concentration in the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) solution was determined by the cyanomethemoglobin method (Alfresa Pharma, Nescot Hemokit N, No. 138016-14). By dividing the thiol concentration by the obtained hemoglobin concentration, the number of thiol groups in polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) was calculated (0 groups/HbBv). By subtracting the number of thiol groups in the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eM-HbBv) from the number of thiol groups in HbBv (2/HbBv), The number of polyoxazolines bound to core hemoglobin was calculated (2/HbBv).
(実施例6)
-調製例1:マレイミド基導入ヘモグロビン(HbBv-M)の調製-
ウシヘモグロビン(HbBv)にマレイミド基を導入するために、以下の操作を行った。
サンプル瓶(5mL容量)にN-succinimidyl 3-Maleimidopropionate(SMP、富士フイルム和光純薬社)39.9mgを入れ、ジメチルスルホキシド1mLで溶解し、0.15MのSMP溶液を調製した。次に、1口ナスフラスコ(5mL容量)にウシヘモグロビン(1mM)1mLを入れ、SMP溶液を0.1mL(N-succinimidyl 3-Maleimidopropionate/ヘモグロビン(SMP/HbBv)=15(mol/mol))を加え、冷蔵、遮光下で30分撹拌した。フィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過した後、その溶液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Sephadex G-25 Superfine)にかけ、過剰のN-succinimidyl 3-Maleimidopropionateを除去した。
得られた溶液20mLを遠心濃縮器(Merck社、アミコンウルトラ-15、限外分子量10kDa)に入れ、遠心分離機(BECKMAN COULTER社、Allegra X-15R Centrifuge、条件:3,000rpm、10分間、4℃)を用いて、2.5mLまで濃縮した(0.4mM)。
(Example 6)
- Preparation Example 1: Preparation of maleimide group-introduced hemoglobin (HbBv-M) -
In order to introduce a maleimide group into bovine hemoglobin (HbBv), the following operation was performed.
39.9 mg of N-succinimidyl 3-Maleimidopropionate (SMP, Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was placed in a sample bottle (5 mL capacity) and dissolved in 1 mL of dimethyl sulfoxide to prepare a 0.15 M SMP solution. Next, put 1 mL of bovine hemoglobin (1 mM) in a 1-neck eggplant flask (5 mL capacity), and add 0.1 mL of SMP solution (N-succinimidyl 3-Maleimidopropionate/hemoglobin (SMP/HbBv) = 15 (mol/mol)). The mixture was stirred for 30 minutes under refrigeration and shielded from light. After filtration with a filter (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES), the solution was equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) using a gel filtration column (GE Healthcare Japan). Excess N-succinimidyl 3-Maleimidopropionate was removed.
20 mL of the obtained solution was placed in a centrifugal concentrator (Merck, Amicon Ultra-15,
-調製例2:末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aSH)の調製-
末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aSH)を合成するために、以下の操作を行った。
2口ナスフラスコ(50mL容量)に、末端がアミノ基であるポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)(平均分子量5,000Da、POx(5k)-NH2、Sigma-ALDRICH社)50mg、及びN-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate(SPDP、東京化成工業社)31mgを入れ、窒素通気を行った(N-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate/ポリオキサゾリン(SPDP/POx(5k)-NH2)=10(mol/mol))。
そこに、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mLを加え、室温で15時間撹拌した。反応液の溶媒をロータリーエバポレーター(EYELA社)で留去し、純水3mL、ジチオトレイトール(DTT、富士フイルム和光純薬社)31mgを加え、25℃で2時間撹拌した(ジチオトレイトール/ポリオキサゾリン(DTT/POx(5k)-NH2)=20(mol)/mol))。遠心分離で沈殿を除去後、上清をフィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過し、純水で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、PD-10)にかけ、未反応物を除去した。
得られた水溶液を液体窒素で凍結した後、真空下で凍結乾燥し、1H NMRによって構造を同定した。チオール基とジスルフィド結合の交換反応を利用して、得られたポリオキサゾリン溶液中のチオール濃度を定量し、末端チオール基ポリオキサゾリン(POx(5k)-aSH)のチオール基の導入率を算出した。
- Preparation Example 2: Preparation of terminal thiol group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-aSH) -
In order to synthesize a terminal thiol group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-aSH), the following operation was performed.
In a 2-neck eggplant flask (50 mL capacity), 50 mg of poly(2-ethyl-2-oxazoline) whose terminal end is an amino group (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-NH 2 , Sigma-ALDRICH), and N 31 mg of -succinimidyl 3-(2-pyridyldithio) propionate (SPDP, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was added, and nitrogen aeration was performed. PDP/POx (5k) - NH 2 )=10 (mol/mol)).
5 mL of dichloromethane (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 15 hours. The solvent of the reaction solution was distilled off using a rotary evaporator (EYELA), 3 mL of pure water and 31 mg of dithiothreitol (DTT, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added, and the mixture was stirred at 25°C for 2 hours (dithiothreitol/polymer). Oxazoline (DTT/POx(5k)-NH 2 )=20(mol)/mol)). After removing the precipitate by centrifugation, the supernatant was filtered with a filter (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES), and a gel filtration column (GE Healthcare Japan, PD-) equilibrated with pure water was used. 10) to remove unreacted substances.
The resulting aqueous solution was frozen with liquid nitrogen, then freeze-dried under vacuum, and the structure was identified by 1 H NMR. Using the exchange reaction between thiol groups and disulfide bonds, the thiol concentration in the obtained polyoxazoline solution was determined, and the introduction rate of thiol groups in the polyoxazoline with terminal thiol groups (POx (5k)-aSH) was calculated.
-調製例3:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-aSM-HbBv)の調製-
ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)を結合したポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aSM-HbBv)を調製するために、以下の操作を行った。
1口フラスコ(5mL容量)に実施例6における調製例1で得たマレイミド基導入ヘモグロビン溶液(HbBv-M、400μM)0.5mLを入れ、実施例6における調製例2で得た末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-aSH)17.5mgを加え、冷蔵遮光下で18時間撹拌した(末端チオール基ポリオキサゾリン/マレイミド基導入ヘモグロビン(POx(5k)-aSH)/HbBv-M=10(mol/mol))。
反応液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Superdex 200 p.g.)にかけ、未反応のポリオキサゾリンを除去した。ポリオキサゾリン結合数を算出したところ、約6本/HbBvであった。
- Preparation Example 3: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-aSM-HbBv) -
In order to prepare polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aSM-HbBv) bound to polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da), the following operation was performed.
Pour 0.5 mL of the maleimide group-introduced hemoglobin solution (HbBv-M, 400 μM) obtained in Preparation Example 1 in Example 6 into a one-necked flask (5 mL capacity), and add the terminal thiol group-introduced hemoglobin solution obtained in Preparation Example 2 in Example 6. 17.5 mg of oxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-aSH) was added and stirred for 18 hours under refrigerated light protection (thiol-terminated polyoxazoline/maleimide group-introduced hemoglobin (POx(5k)-aSH)/HbBv -M=10 (mol/mol)).
The reaction solution was applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Superdex 200 p.g.) equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) to remove unreacted polyoxazoline. When the number of polyoxazoline bonds was calculated, it was approximately 6 bonds/HbBv.
(実施例7)
-調製例1:末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eSH)の調製-
末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eSH)を合成するために、以下の操作を行った。
2口ナスフラスコ(50mL容量)に、3,3'-Dithiodipropionic Acid(DTDPA、東京化成工業社)5.1mg、N,N'―Dicyclohexylcarbodiimide(DCC、東京化成工業社)10mg及び4-Dimethylaminopyridine(DMAP、東京化成工業社)3mgを入れ、窒素通気を行った後、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mLを加え、室温で5分間撹拌した。そこに、末端がヒドロキシル基であるポリ(2-エチル-2-オキサゾリン)(平均分子量5,000Da、POx(5k)-OH、Sigma-ALDRICH社)60.6mg、ジクロロメタン(富士フイルム和光純薬社)5mLを加え、室温で24間撹拌した。反応液の溶媒をロータリーエバポレーター(EYELA社)で留去し、純水2mL、ジチオトレイトール(DTT、富士フイルム和光純薬社)7.5mgを加え、25℃で2時間撹拌した(ジチオトレイトール/ポリオキサゾリン(DTT/POx(5k)-NH2)=4(mol)/mol))。遠心分離で沈殿を除去後、上清をフィルター(Merck Milipore社、Millex-GP、0.22μm、PES)でろ過し、純水で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、PD-10)にかけ、未反応物を除去した。
得られた水溶液を液体窒素で凍結した後、真空下で凍結乾燥し、1H NMRによって構造を同定した。チオール基とジスルフィド結合の交換反応を利用して、得られたポリオキサゾリン溶液中のチオール濃度を定量し、末端チオール基ポリオキサゾリン(POx(5k)-eSH)のチオール基の導入率を算出した。
(Example 7)
- Preparation Example 1: Preparation of terminal thiol group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eSH) -
In order to synthesize a terminal thiol group polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eSH), the following operation was performed.
In a 2-neck eggplant flask (50 mL capacity), 5.1 mg of 3,3'-Dithiodipropionic Acid (DTDPA, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), 10 mg of N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), and 4-Dimethylaminop. yridine (DMAP After bubbling with nitrogen, 5 mL of dichloromethane (Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 5 minutes. There, 60.6 mg of poly(2-ethyl-2-oxazoline) with a hydroxyl group at the end (average molecular weight 5,000 Da, POx (5k)-OH, Sigma-ALDRICH), dichloromethane (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ) and stirred at room temperature for 24 hours. The solvent of the reaction solution was distilled off using a rotary evaporator (EYELA), 2 mL of pure water and 7.5 mg of dithiothreitol (DTT, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added, and the mixture was stirred at 25°C for 2 hours. /polyoxazoline (DTT/POx(5k)-NH 2 )=4(mol)/mol)). After removing the precipitate by centrifugation, the supernatant was filtered with a filter (Merck Millipore, Millex-GP, 0.22 μm, PES), and a gel filtration column (GE Healthcare Japan, PD-) equilibrated with pure water was used. 10) to remove unreacted substances.
The resulting aqueous solution was frozen with liquid nitrogen, then freeze-dried under vacuum, and the structure was identified by 1 H NMR. Using the exchange reaction between thiol groups and disulfide bonds, the thiol concentration in the obtained polyoxazoline solution was determined, and the introduction rate of thiol groups in the polyoxazoline with terminal thiol groups (POx (5k)-eSH) was calculated.
-調製例2:ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)結合ヘモグロビン(POx(5k)-eSM-HbBv)の調製-
ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da)を結合したポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eSM-HbBv)を調製するために、以下の操作を行った。
1口フラスコ(5mL容量)に実施例6における調製例1で得たマレイミド基導入ヘモグロビン溶液(HbBv-M、400μM)0.5mLを入れ、実施例7における調製例1で得た末端チオール基ポリオキサゾリン(平均分子量5,000Da、POx(5k)-eSH)28mgを加え、冷蔵遮光下で20時間撹拌した(末端チオール基ポリオキサゾリン/マレイミド基導入ヘモグロビン(POx(5k)-eSH)/HbBv-M=10(mol/mol))。
反応液をリン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)で平衡化したゲルろ過カラム(GEヘルスケア・ジャパン社、Superdex 200 p.g.)にかけ、未反応のポリオキサゾリンを除去した。ポリオキサゾリン結合数を算出したところ、約6本/HbBvであった。
- Preparation Example 2: Preparation of polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da)-bound hemoglobin (POx(5k)-eSM-HbBv) -
In order to prepare polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eSM-HbBv) bound to polyoxazoline (average molecular weight 5,000 Da), the following operation was performed.
Add 0.5 mL of the maleimide group-introduced hemoglobin solution (HbBv-M, 400 μM) obtained in Preparation Example 1 in Example 6 to a one-necked flask (5 mL capacity), and add 28 mg of oxazoline (average molecular weight 5,000 Da, POx(5k)-eSH) was added and stirred for 20 hours under refrigerated light protection (thiol-terminated polyoxazoline/maleimide group-introduced hemoglobin (POx(5k)-eSH)/HbBv-M = 10 (mol/mol)).
The reaction solution was applied to a gel filtration column (GE Healthcare Japan, Superdex 200 p.g.) equilibrated with phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) to remove unreacted polyoxazoline. When the number of polyoxazoline bonds was calculated, it was approximately 6 bonds/HbBv.
(動的光散乱(DLS)測定)
実施例1における調製例3で得たポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-Hb)のリン酸緩衝生理食塩水溶液(PBS、pH7.4)の動的光散乱(DLS)測定をゼータ電位・粒径・分子量測定システム(大塚電子社、ELSZ-2000)を用いて行った。未修飾ヒトヘモグロビン(Hb)の平均粒径は6.3nmであった。ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-eMS-HbA)の平均粒径は12.0nmであった。ポリオキサゾリンがヘモグロビンに結合することで、分子サイズが増大することがわかった。なお、未修飾ウシヘモグロビンの平均粒径は6.4nmであった。
(Dynamic light scattering (DLS) measurement)
Dynamic light scattering (DLS) measurement of a phosphate buffered saline solution (PBS, pH 7.4) of polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-eMS-Hb) obtained in Preparation Example 3 in Example 1 was performed using zeta potential. - Particle size/molecular weight measurement system (Otsuka Electronics, ELSZ-2000) was used. The average particle size of unmodified human hemoglobin (Hb) was 6.3 nm. The average particle size of polyoxazoline-conjugated hemoglobin (POx(5k)-eMS-HbA) was 12.0 nm. It was found that binding of polyoxazoline to hemoglobin increases the molecular size. Note that the average particle size of unmodified bovine hemoglobin was 6.4 nm.
(酸素親和性(P50)測定)
実施例3における調製例2で得たポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のリン酸緩衝生理食塩水溶液(PBS、pH7.4)の一酸化炭素雰囲気下における紫外可視吸収スペクトルは、λmax:420nm、538nm、569nmを示し、ウシヘモグロビンの一酸化炭素化体(カルボニル体)のスペクトルパターンと一致したことから、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のへモグロビン部位が一酸化炭素を結合していることがわかった。
このポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のリン酸緩衝生理食塩水溶液(PBS、pH7.4)を1口ナスフラスコに入れ、セプタムラバーで密栓後、光照射しながら酸素を通気すると、紫外可視吸収スペクトルは、λmax:414nm、541nm、577nmを示し、ウシヘモグロビンの酸素化体(オキシ体)のスペクトルパターンと一致したことから、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のへモグロビン部位が酸素を結合していることがわかった。
続いて、このポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のリン酸緩衝生理食塩水溶液(PBS、pH7.4)に窒素を通気すると、紫外可視吸収スペクトルは、λmax:430nm、555nmを示し、ウシヘモグロビンの脱酸素化体(デオキシ体)のスペクトルパターンと一致したことから、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のへモグロビン部位が脱酸素化していることがわかった。
再度、酸素を通気すると、オキシ体のスペクトルパターンとなったことから、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)が酸素を可逆的に吸脱着していることがわかった。
酸素解離結合曲線記録装置(TSC社、ヘモックスアナライザー)を用いて、異なる酸素分圧に対する紫外可視吸収スペクトル変化から、酸素親和性(P50)(酸素解離曲線グラフにおいて酸素結合率が50%の時の酸素分圧)を算出したところ、ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン(POx(5k)-aMS-HbBv)のP50は10Torr(37℃)であった。未修飾ヒトヘモグロビンのP50は12Torr、未修飾ウシヘモグロビンのP50は23Torrであり、本願実施例のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンは、未修飾ヘモグロビンと同等またはそれ以上の酸素親和性を有していた。
(Oxygen affinity (P 50 ) measurement)
The ultraviolet-visible absorption spectrum of the polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) obtained in Preparation Example 2 in Example 3 in a phosphate buffered saline solution (PBS, pH 7.4) in a carbon monoxide atmosphere is , λ max : 420 nm, 538 nm, 569 nm, which matched the spectral pattern of carbon monoxide form (carbonyl form) of bovine hemoglobin. The site was found to bind carbon monoxide.
A phosphate buffered saline solution (PBS, pH 7.4) of this polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) was placed in a one-necked eggplant flask, and the cap was sealed with septum rubber. Oxygen was aerated while irradiated with light. Then, the UV-visible absorption spectrum showed λ max : 414 nm, 541 nm, and 577 nm, which matched the spectral pattern of the oxygenated form (oxy form) of bovine hemoglobin. It was found that the hemoglobin site of HbBv) binds oxygen.
Subsequently, when nitrogen was bubbled through the phosphate buffered saline solution (PBS, pH 7.4) of this polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv), the ultraviolet-visible absorption spectrum changed to λ max : 430 nm, 555 nm. , which matched the spectral pattern of deoxygenated bovine hemoglobin, indicating that the hemoglobin site of polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) was deoxygenated. Ta.
When oxygen was aerated again, the spectrum pattern was that of an oxy form, indicating that polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) reversibly adsorbed and desorbed oxygen.
Using an oxygen dissociation and bonding curve recorder (TSC, Hemox Analyzer), we determined the oxygen affinity (P 50 ) (when the oxygen bonding rate was 50% in the oxygen dissociation curve graph) from the changes in the ultraviolet-visible absorption spectrum for different oxygen partial pressures. The P 50 of polyoxazoline-bound hemoglobin (POx(5k)-aMS-HbBv) was 10 Torr (37°C). The P 50 of unmodified human hemoglobin was 12 Torr, and the P 50 of unmodified bovine hemoglobin was 23 Torr, and the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present Example had an oxygen affinity equal to or higher than that of unmodified hemoglobin.
本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンを有効成分とする人工酸素運搬体は、生体内に投与する場合も安全性の高い赤血球代替物として利用できる。対象は人間に限ることはなく、動物(イヌやネコ等のペット、家畜等)にも投与可能な人工酸素運搬体となる。加えて、本発明のポリオキサゾリン結合ヘモグロビンを有効成分とする人工酸素運搬体は、移植臓器又は組織の保存液や灌流液、再生組織の培養液、腫瘍の抗癌治療増感剤、術前血液希釈液、人工心肺等の体外循環回路の補填液、虚血部位への酸素供給液(心筋梗塞、脳梗塞、呼吸不全等)慢性貧血治療剤、液体換気の灌流液としての利用も期待できる。 The artificial oxygen carrier of the present invention containing polyoxazoline-bound hemoglobin as an active ingredient can be used as a highly safe red blood cell substitute even when administered in vivo. The target is not limited to humans, but the artificial oxygen carrier can also be administered to animals (pets such as dogs and cats, livestock, etc.). In addition, the artificial oxygen carrier containing the polyoxazoline-bound hemoglobin of the present invention as an active ingredient can be used as a preservation solution or perfusion solution for transplanted organs or tissues, a culture solution for regenerated tissue, a sensitizer for anticancer treatment of tumors, and preoperative blood. It is also expected to be used as a diluent, a replenishing fluid for extracorporeal circulation circuits such as heart-lung machines, an oxygen supply fluid for ischemic areas (myocardial infarction, cerebral infarction, respiratory failure, etc.), a chronic anemia treatment, and a perfusion fluid for liquid ventilation.
100 ポリオキサゾリン結合ヘモグロビン
10 ヘモグロビン
20 ポリオキサゾリン
100 Polyoxazoline-bound
Claims (10)
前記架橋剤を介した共有結合が、以下の構造(2)を含む、
The covalent bond via the crosslinking agent includes the following structure (2),
前記マレイミド基導入剤が、下記一般式(1)及び(2)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項1又は2に記載のポリオキサゾリン結合ヘモグロビン。
The polyoxazoline-bound hemoglobin according to claim 1 or 2, wherein the maleimide group-introducing agent contains at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following general formulas (1) and (2).
前記チオール基導入剤が、下記化学式(4)、下記一般式(5)、及び下記一般式(6)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、請求項1~4のいずれか一項に記載のポリオキサゾリン結合ヘモグロビン。 Claims 1 to 3, wherein the thiol group-introducing agent is at least one compound selected from the group consisting of compounds represented by the following chemical formula (4), the following general formula (5), and the following general formula (6). 4. The polyoxazoline-bound hemoglobin according to any one of 4.
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| Artificial Cells, Blood Substitutes, and Biotechnology,1996年,Vol.24, No.6,pp.599-611 |
| Bioconjugate Chem,2011年,Vol.22,pp.976-986 |
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