WO1997029118A1 - Lipopolyamine compound, pharmaceutical composition and nucleic acid transfer vector containing same, and preparation method - Google Patents

Lipopolyamine compound, pharmaceutical composition and nucleic acid transfer vector containing same, and preparation method Download PDF

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WO1997029118A1
WO1997029118A1 PCT/FR1997/000225 FR9700225W WO9729118A1 WO 1997029118 A1 WO1997029118 A1 WO 1997029118A1 FR 9700225 W FR9700225 W FR 9700225W WO 9729118 A1 WO9729118 A1 WO 9729118A1
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WO
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cholesterol
compound
nucleic acid
gene
residue
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Application number
PCT/FR1997/000225
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French (fr)
Inventor
Rainer Bischoff
Yves Cordier
Original Assignee
Transgene S.A.
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/127Liposomes
    • A61K9/1271Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers
    • A61K9/1272Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers with substantial amounts of non-phosphatidyl, i.e. non-acylglycerophosphate, surfactants as bilayer-forming substances, e.g. cationic lipids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07JSTEROIDS
    • C07J41/00Normal steroids containing one or more nitrogen atoms not belonging to a hetero ring
    • C07J41/0033Normal steroids containing one or more nitrogen atoms not belonging to a hetero ring not covered by C07J41/0005
    • C07J41/0055Normal steroids containing one or more nitrogen atoms not belonging to a hetero ring not covered by C07J41/0005 the 17-beta position being substituted by an uninterrupted chain of at least three carbon atoms which may or may not be branched, e.g. cholane or cholestane derivatives, optionally cyclised, e.g. 17-beta-phenyl or 17-beta-furyl derivatives

Definitions

  • the present invention relates to a lipopolyamine compound ci to pharmaceutical compositions comprising it. More particularly the present invention relates to the use of this composition for the transfer of a nucleic acid into a host cell. Finally, the present invention relates to a process for the preparation of a compound according to the invention, and to a process for the purification of an isomer of said compound.
  • the transfer of genes into a given cell is the very basis of gene therapy.
  • one of the major problems is to introduce a sufficient quantity of therapeutic nucleic acid into the host cell to be treated.
  • the most effective vectors in this regard are viral, in particular retroviral and adenoviral vectors.
  • viruses have developed sophisticated mechanisms to cross cell membranes, escape degradation at the level of lysosomes and make their genome enter the nucleus.
  • the viral approach has its limitations, in particular a cloning capacity in the viral genome restricted, a production of infectious viral particles capable of dissemination in the host organism and the environment, a risk of insertional mutagenesis in the case of vectors retroviral, and induction of immune and inflammatory responses in the host.
  • cationic lipids which interact spontaneously with nucleic acid by interaction of charges to form positively charged complexes capable of fusing with anionic cell membranes and causing the nucleic acid which they transport to penetrate.
  • the use of cationic lipids as a transfer vector for various molecules of therapeutic interest has already been described in the literature. It has been shown that cationic lipids with various chemical structures allow the transfection of cultured mammalian cells with very different efficiencies depending on the type of cell and the formulation of lipid-DNA complexes.
  • EP 0 349 1 1 1 and WO95 / 18863 (Behr et al.) Relate to the lipid composition comprising a 5-carboxyspermylglycine dioctadecylamide compound (also designated DOGS) which results from the combination of spermine with a straight chain lipid.
  • WO95 / 1 8863 describes successful in vivo transfection experiments with a +/- charge ratio of less than 2, only in mice born by intracerebral injections. No transfection by intramuscular or intravenous administration is obtained, in particular on mice other than newborns.
  • the aim of the present invention is to provide new, more efficient cationic lipids, in particular for application as a DNA transfer vector, in particular for intramuscular, intratracheal or even intrapulmonary administration.
  • the present invention therefore relates to a lipopolyamine compound of formula
  • C represents a deoxy residue in position 3 of cholesterol or a monovalent or polyvalent residue of a cholesterol derivative carrying one or more reactive groups capable of reacting with a primary or secondary amine group of a polyamine molecule,
  • S represents an amine residue of said amine group of a polyamine molecule
  • - m represents an integer from 1 to 3.
  • cholesterol derivative is intended to mean a compound having the formula the cholesterol backbone linked to one or more substituent (s), at least one of which comprises a reactive group capable of reacting with a primary or secondary amine group of a polyamine molecule.
  • - Ri and R 2 represent hydrogen or a monovalent residue C
  • R 2 can be identical or different in the n fragments [(CH 2 ) P - N];
  • - n is an integer from 2 to 6;
  • Rj represents hydrogen and R 2 represents hydrogen or, for only one of the n substituents, a deoxy residue in position 3 of cholesterol or a monovalent or polyvalent residue of a cholesterol derivative carrying one or respectively more reactive groups capable of reacting with a secondary amine group of a polyamine molecule;
  • - n is an integer from 2 to 6;
  • the compound according to the invention is characterized in that the monovalent residue C, is a monovalent deoxy residue in position 3 of cholesterol.
  • Amine S can then be coupled, for example, by nucleophilic substitution of a tosylate group in position 3 of a tosylate cholesterol compound with an amine function of S, thus creating a direct amine bond.
  • This has the advantage of preserving the number of positive charges of spermidine (3 charges) and spermine (4 charges).
  • the coupling of the amine S can also be done by coupling of a reactive group of C with an amine function of the compound of formula (IX).
  • C represents a residue of a cholesterol derivative.
  • the residue C can represent a residue of a cholesterol derivative in position 3 of formula L-R in which:
  • L represents an aliphatic radical comprising a residue of a group capable of reacting with a primary or secondary amine group
  • This residue (V) is a residue of the chloroformate derivative in position 3 of cholesterol.
  • the present invention also provides monosubstituted isomers of purified cholesterol corresponding to the formula:
  • - Ri and R 2 1 represent H and - R? 2 represents a residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and, the compounds for which:
  • R i represents undit monovalent cholesterol residue of a cholesterol derivative in position 3, and - R 2 1 and R 2 2 represent H.
  • Ri and R 2 3 represents said monovalent residue of a cholesterol derivative in position 3 and the other represents H. as well as the compounds according to the invention, characterized in that in formula (VII) - Ri and R 2 3 represent H, and
  • R 2 1 and R 2 2 represents said residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and the other represents H.
  • These compounds in which the cholesterol or cholesterol derivative is substituted on a terminal amine compounds (VI) or (VII) are preferred.
  • the compounds according to the invention are advantageously used for their transfecting power for the transfer into a cell of a therapeutically active substance negatively charged.
  • the present invention therefore also relates to a pharmaceutical composition
  • a pharmaceutical composition comprising a compound according to the invention and a therapeutically active substance negatively charged.
  • compositions in which said active substance are an acid.
  • said active substance is a nucleic acid.
  • Said nucleic acid can be a sense or anis sense DNA or RNA.
  • the sense and anti sense applications are well known to those skilled in the art. In short, by:
  • - "anti sense” a nucleic acid having a sequence complementary to a target sequence, for example an mRNA sequence whose expression is sought to block by hybridization on the target sequence
  • - "sense” a nucleic acid having a sequence homologous or identical to a target sequence, for example a sequence which binds to a protein transcription factor and is involved in the expression of a given gene.
  • the nucleic acid comprises a gene of interest and elements allowing the expression of said gene of interest.
  • said nucleic acid fragment is advantageously in the form of a plasmid.
  • the nucleic acid can be homologous or heterologous to the target cell. It may be advantageous to use a nucleic acid encoding a cytokine (interleukin including IL-2, interferon, colony stimulating factor, etc.), a cellular or nuclear receptor, a ligand, a coagulation factor (Factor VII , Factor VIII, Factor IX ”), the CFTR protein (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator in English), insulin, dystrophin, a growth hormone, an enzyme (renin urease, thrombin ...), an inhibitor enzyme (inhibitor of a viral protease, ⁇ 1-antitrypsin, etc.), a polypeptide with an anti-tumor effect (product of tumor suppressor genes, polypeptide stimulating the immune system, etc.), a polypeptide capable of inhibiting or slow the development of a bacterial, viral or parasitic infection (antigenic polypeptide, trans
  • the nucleic acid is placed under the control of the elements necessary for its expression in the host cell.
  • “necessary elements” is meant all of the elements allowing the transcription of said DNA fragment into RNA (antisense RNA or mRNA) and the translation of mRNA into polypeptide.
  • These elements include a regulatable or constitutive promoter, which can be hierologous or on the contrary homologous to the parental virus.
  • Examples include the promoter of the human or murine PGK (Phospho Glycerate Kinase) gene, the early promoter of the SV40 virus (Simian Virus), the RSV LTR (Rous Sarcoma Virus), the TK promoter (Thymidine Kinase) of the HSV-1 virus (Herpes Simplex virus) and the adenoviral promoters El A and MLP.
  • the necessary elements may, in addition, include additional elements (intronic sequence, secretion signal sequence, nuclear localization sequence, site of initiation of translation, poly A signal of termination of transcription, etc.).
  • the transfection experiments show that advantageously the weight ratio of the lipid compound according to the invention to said DNA fragment is from 0.01 to 100.
  • the optimal ratio is from 0.1 to 10.
  • a subject of the present invention is also the use of a pharmaceutical composition according to the invention for preparing a vector for transferring said nucleic acid into cells in vitro, ex vivo or in vivo.
  • a composition according to the invention can be used in various types of host cells. It is preferably a mammalian cell and in particular a human cell. Said cell may be a primary or tumor cell of an origin hematopoietic (totipotent stem cell, leukocyte, lymphocyte, monocyte or macrophage ...) hepatic, epithclial, fibroblast ... and especially a muscle cell (myoblast, cardiomyocyte ...), a tracheal or pulmonary cell.
  • a composition according to the invention can comprise a targeting element for a particular cell, for example a ligand to a cellular receptor. Such targeting elements are known.
  • a composition according to the invention can be administered by intragastric, subcutaneous, intravenous, intraperitoneal, intratumoral or nasal route. Particular preference will be given to the intracardiac, intramuscular, intrapulmonary or intratracheal routes of administration. The administration can take place in single dose or repeated one or more times after a certain interval of interval. The appropriate route and dosage will vary depending on various parameters, for example, the individual or disease to be treated or the nucleic acid to be transferred.
  • a composition according to the invention is intended for the preparation of a medicament intended for the treatment of the human or animal body and, preferably, by gene therapy.
  • the medicament can be administered directly in vivo (for example into a muscle, into the lungs by aerosol, etc.). It is also possible to adopt the ex vivo approach which consists in taking cells from the patient (stem cells from the bone marrow, lymphocites of peripheral blood, muscle cells, etc.), transferring them in vitro according to the techniques of the art and to re-administer them to the patient.
  • the present invention therefore also relates to a vector for transferring nucleic acids into cells of microorganisms, plants, humans or animals, in particular mammals, characterized in that it comprises a pharmaceutical composition according to the invention comprising a nucleic acid and an adjuvant capable of improving the transfecting power of said composition.
  • said adjuvant is a neutral co-lipid.
  • phospholipids such as phosphatidyl ethanolamine, phosphatidyl choline, phosphatidyl serine, phosphatidyl glycerol as well as pharmaceutically acceptable detergents.
  • the molar ratio of the lipopolyamine compound according to the invention to the adjuvant neutral co-lipid is preferably from 0.1 to 5, more preferably from 0.25 to 2.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of a lipopolyamine compound according to the invention, characterized in that the coupling of a chloroformate compound of formula:
  • R represents a deoxy residue in position 3 of cholesterol, with an amine group of the compound of formula:
  • the conditions of the process had to be adapted.
  • the reaction being carried out in the presence of an excess of amine (IX) from 10 to 20 times, at a temperature of - 20 ° C, and in an inert gas atmosphere.
  • the mono-substituted compound of formula (II) is advantageously obtained by extraction in a water / dichloromethane mixture followed by two stages of crystallization from methanol of the dichloromethane fraction.
  • a compound of formula (X) is prepared which corresponds to a compound of formula (IX) of which at least one amine function is not protected, but whose other functions amines are protected. Then the coupling of compound (X) is carried out with a chloroformate compound of formula (VIII). A compound is thus obtained in which the free amino functions are protected and said amino functions are deprotected to obtain a compound of formula (II).
  • the present invention also relates to a process for the purification of an isomer of a compound according to the invention, from a mixture of isomers of said compounds, characterized in that a high performance liquid chromatography is carried out in reverse phase with a supelcosil LC-ABZ column.
  • the method for preparing isomers in substantially pure form by reverse phase HPLC has proved to be particularly difficult to implement because of their hydrophobic but nevertheless polar characteristic.
  • the choice of the column proved to be decisive: it was necessary to use a column based on silica strongly derived in Cl 8 groups and deactivated at the surface, such as the supelcosil® LC-ABZ provided for the purification of compounds.
  • the gradient conditions applied are also important for optimizing the purification of isomers whose hydrophobicity is very close.
  • the results of transfection of cell lines in culture show a capacity for transfection of cells of tissue origin and of different species.
  • DC Chol 3 ⁇ [N, N '- dimethylaminomethane) carbamoyie] cholesterol
  • N, N' - dimethylethylenediamine 1 positive charge only
  • spermine or spermidine 2 or 3 positive charges
  • the cationic lipids of the invention are very particularly suitable for the treatment of muscular diseases, in particular myopathies of Duchenne and Bccker.
  • they are also effective in transfecting lung cells and are suitable for the treatment of lung diseases, including cystic fibrosis, lung cancer and asthma.
  • spermine-cholesterol and spermidine-cholesterol are molecules ubiquitously present in cells.
  • This characteristic which is not shared by the cationic lipids of the prior art, is an additional advantage in the context of use. human and limits the risks of immunogenicity and toxicity in the patient.
  • the compounds of the invention are in fact capable of being metabolized by enzymes into natural products therefore not very toxic. Consequently, they present security guarantees which are essential for human use.
  • Figure 1 illustrates the analytical HPLC profile obtained with the spermidine-cholesterol compound after synthesis and 6 consecutive water / dichloromethane extractions.
  • Figure 2 illustrates the profile obtained with the spermidine-cholesterol preparation in semi-preparative HPLC and visualizes the three mono-cholesterol isomers.
  • Figure 3 illustrates the profile obtained with the spermine-cholesterol preparation in semi-preparative HPLC and visualizes the two mono-cholesterol isomers.
  • FIG. 4 schematically represents the stages of synthesis of the N'-spermidine cholesterol isomer via protective groups.
  • FIG. 5 shows a thin layer chromatography of spermine-cholesterol and spermidine-cholesterol isomers produced synthetically or purified from the lipid preparation (development by ninhydrin).
  • FIG. 6 schematically represents the stages of synthesis of the N ⁇ spermine isomer cholesterol via protective groups.
  • Figure 7 illustrates the transfection efficiency of the spermidine-cholesterol / DOPE mixture (molar ratio of 1: 0.74).
  • the Y axis represents the absorbance read at 405 nm
  • the X axis the amount of lipid / colipid ( ⁇ g) per well
  • the Z axis the amount of DNA ( ⁇ g) per well.
  • Figure 8 illustrates the transfection efficiency of the C2C12 muscle line with the cationic lipids
  • A Transfectam
  • B DC-Chol
  • C spermidine-cholesterol
  • D spermine cholesterol
  • Figure 9 illustrates the transfection efficiency of the 3 isomers of spermidine-cholesterol (pic 1 to 3 of Figure 2).
  • the X axis represents the absorbance read at 405 nm and the Y axis the amount of DNA ( ⁇ g) per well.
  • the synthesis is carried out under conditions favoring the production of monosubstituted derivatives.
  • an inert gas atmosphere for example argon
  • spermidine, cholesteryl chloroformate and N-hydroxysuccinimide (NHS) are commercially available (for example Sigma; reference S-2626, C-6633 and H-7377 respectively).
  • the mixture A thus formed is left under stirring for 15 h at 4 ° C.
  • DIPEA diisopropylethylamine
  • Mixture B is also placed under an argon atmosphere.
  • the mixture A is added slowly to the mixture B via a capillary of 100 ⁇ m in diameter, at a rate of approximately 1 ml per min, at -20 ° C. and with stirring. It is indicated that the mixture A is connected by the same type of capillary to a connected balloon containing 20 ml of anhydrous dichloromethane placed at a given height which defines the flow rate of passage from A to B.
  • the preparation thus obtained is first lyophilized at -80 ° C to evaporate the solvent and the DIPEA.
  • the lyophilisate is taken up in approximately 50 ml of dichloromethane, then is extracted with the same volume of water. After separation of the phases, the dichloromethane fraction is recovered which is subjected to several additional extractions (in general 5) under the aforementioned conditions.
  • the free amines which are extremely hydrophilic pass into the aqueous phase.
  • the dichloromethane fraction is collected and then dried. Finally, the quality of the product can be improved by two successive stages of crystallization from methanol.
  • the first carried out in a volume of 120 ml makes it possible to crystallize the most hydrophobic products such as cholesterol and polysubstituted amino derivatives.
  • the second crystallization is carried out on the supernatant of the first previously concentrated to 10 ml by evaporation at 65 ° C.
  • the monosubstituted amines are recovered in the recrystallisate at -20 ° C.
  • 1 to 1.5 g of spermidine-cholesterol are obtained under these conditions (1.8 to 2.7 mmol).
  • Mixture A is formed by adding 2.09 g of cholesteryl chloroformate (4.65 mmol) placed in 15 ml of anhydrous dichloromethane and 0.6 g of NHS (5.58 mmol) taken up in 5 ml of dioxane.
  • the separation is a function of hydrophobicity, the most hydrophobic products migrating most rapidly. Free spermine and spermidine are detected in the aqueous phases collected during water / dichloromethane extractions, while the last dichloromethane phase mainly contains the amino substituted by cholesterol.
  • the frontal retention (Rf) characteristic of each product is 0.71 and 0.68 for spermidine mono-cholesterol and spermine monocholesterol.
  • the quality of the lipid preparation can also be monitored by HPLC (for High Performance Liquid Chromatography in English) under very specific analytical conditions.
  • HPLC for High Performance Liquid Chromatography in English
  • the different constituents are separated according to their hydrophobicity: the free spermine and spermidine are not retained while the hydrophobic molecules are.
  • the monosubstituted derivatives are eluted first before the polysubstituted derivatives.
  • Figure 1 shows the typical HPLC profile obtained on the dichloromethane phase generated during the synthesis of the spermidine-cholesterol compound.
  • the results show that the preparation tested largely comprises the spermidine mono-cholesterol sought (retention time 15 to 18 min).
  • the polysubstituted derivatives are also present (22 to 28 min) but will be eliminated during the subsequent crystallization stages.
  • An indirect analysis technique of the non-retained fraction makes it possible to estimate the amount of free spermidine contaminating the preparation. To do this, the first harvested fractions are deposited on a thin layer chromatography plate, revealed by ninhydrin and compared to a concentration range established from commercial spermidine. If the contamination is greater than 1%, one or more additional dichloromethane extraction steps are introduced in the purification protocol.
  • the chromatogram ( Figure 2) shows 3 peaks of spermidine-cholesterol: a first well isolated peak (peak 1 migrating at 7.2 min) and two less close peaks (peaks 2 and 3 migrating at 9.6 min and 10.6 respectively min). Optionally, reinjection of the fractions covering the latter makes it possible to reduce the contamination of one by the other.
  • HPLC analysis of the spermine-cholesterol preparation ( Figure 3) produces two well separated peaks exiting at 4.9 min and 7 min.
  • HPLC fractions covering each of the peaks were pooled and analyzed by mass spectrometry (Edmonds and Smith, Hectrospray ionization mass spectrometry, in Methods in Enzymology, Vol 193, pp 412-432; ed. McCloskey, Académie Press, San Diego, USA , 1990).
  • the HPLC fractions collected from the lipid preparation of spermine-cholesterol contain products with a molecular mass of approximately 615 Da corresponding to that expected for spermine substituted by a cholesterol molecule (calculated mass 614.96 Da) . Due to the symmetry of spermine, only two isomers can be produced depending on the fixation of cholesterol on a primary or secondary amine.
  • the semi-preparative HPLC fractions are extracted into a 20 mM sodium dichloromethane mixture in order to deprotonate the amines before being subjected to 13C NMR (Gunther, NMR Spectroscopy,
  • This analysis makes it possible to determine which type of amine, primary or secondary, the cholesterol group is attached to. It is carried out in parallel with spermine, spermidine and cholesterol standards and the spectra obtained with the molecules to be tested and the standards are compared. The displacement of the signals compared to the standards indicates a change in the chemical environment depending on the cholesterol binding site.
  • peak 1 displayed on the HPLC profile reported in Figure 3 contains the isomer in which cholesterol is linked to the secondary amine and peak 2 to the primary amine.
  • the substituted isomer on the secondary amine is detected in the fractions covering the most rapidly emerging peak (peak 1 in FIG. 2) and the isomers modified on the primary amines correspond to the peaks 2 and 3.
  • the latter were differentiated by comparison with a standard constituted by the spermidine-cholesterol isomer obtained in pure form by chemical synthesis
  • Peak 2 corresponds to the synthetic isomer in which cholesterol is fixed on the primary amine of the short arm (CH 2 ) 3 of spermidine and peak 3 to that modified on the long arm (CH 2 ) 4 .
  • the synthesis product is purified by chromatography on silica gel (5 g of gel for a column 2 cm in diameter and 3.5 cm in height) using a dichloromethane / ethanol mixture (77/23) to load the column and dichlorornethane / methanol / triethylamine (15/5/1) for the elution.
  • the isomer is characterized by reverse phase HPLC and by thin layer chromatography. As illustrated in FIG. 5, the synthetic product has an Rf of 0.72 characteristic of spermidine-cholesterol (migration identical to the isomer of peak 2).
  • the intermediate NN 'dipropionitrile 1, 4 diamino butane is formed by reaction of 2 moles of acrylonitrile and 1 mole of 1, 4 diaminobutane.
  • 75.2 mmol of acrylonitrile (Fluka; reference 01710) are added with stirring (i) at 0 ° C. to (ii) 37.6 mmol of 1,4 diaminobutane (Fluka; reference 32790) taken up in 2 ml of methanol and 3.8 ml of dichloromethane at 0 ° C.
  • the nitrile reduction step is carried out in the presence of 140 mmol of UAIH4 (Sigma; LO260) taken up in ether by controlling the temperature (0 ⁇ C).
  • UAIH4 Sigma; LO260
  • the reaction is stopped by adding sodium hydroxide.
  • the mixture is filtered, the ethereal fraction is recovered and the reaction by-products are eliminated by several extractions with a 20% aqueous NaCl solution.
  • the product is purified by chromatography on silica gel (5 g of silica for 1 g of product in 10 ml of equilibration solvent).
  • the silica containing the adsorbed product is applied to a column 2 cm in diameter and 23 cm in height loaded with 25 g of gel.
  • the equilibration solvent consists of the mixture of dichloromethane / ethanol (2/1) and the eluting buffer of dichloromethane / methanol / triethylamine (5/15/1).
  • the fractions containing spermine-diboc on which cholesterylchloroformate is reacted are determined by thin layer chromatography (1.48 moles of spermine diboc for 492 ⁇ moles of cholesterylchloroformate).
  • the reaction mixture is lyophilized, suspended in dichloromethane, then deprotected in the presence of 5% TFA and finally purified on silica gel chromatography under the same conditions as above except that the column used is more resolving.
  • the N i spermine-cholesterol isomer is characterized by analytical HPLC and thin layer chromatography.
  • the frontal retention of the synthetic product is characteristic of the spermine-cholesterol ( Figure 5) constituted here of the isomer of peak 2.
  • the reporter plasmid pCH UON is used to evaluate the transfection efficiency of the compounds of the invention. It includes the promoter / early enhancer block of the SV40 virus (Simien Virus) directing the expression of the LacZ gene coding for the ⁇ -galactosidase of Escherichia coli provided in N-terminal with a nuclear localization signal originating from SV40. But any other plasmid can also be used. Mention may be made, for example, of a plasmid expressing (i) a gene for resistance to an antibiotic, (ii) a luciferase gene or (iii) a gene which is easily detectable. Such plasmids are known in the art.
  • DC-Chol is obtained by chemical synthesis on a scale of 20 g according to the process described in Gao et al. (1991, BBRC 179, 280-285).
  • Transfectam and Lipofectin are commercially available (Sepracor, MA, USA; 26395 1 and Gibco BRL, MD, USA; 18292.01 1 respectively).
  • the cationic lipids can be combined with a colipid.
  • the colipid used is DOPE (Sigma, P5078) which is widely used in the state of the art.
  • DOPE optimal lipid to colipid ratio
  • the transfections are carried out in 96-well plates (Falcon) each seeded with 2 ⁇ 10 4 to 4 ⁇ 10 4 A549 cells (ATCC CCL 185) derived from a human lung carcinoma.
  • the culture is left overnight at 37 ° C. in a conventional medium supplemented with fetal calf serum (FCS) at a final concentration of 10%.
  • FCS fetal calf serum
  • the cationic lipid is mixed with a variable amount of DOPE to evaluate the effect of this on transfection efficiencies.
  • spermine-cholesterol or spermidine-cholesterol are dissolved in 50 to 100 ⁇ l of dichloromethane, placed in a sterile glass tube and placed in the presence of a variable amount of DOPE taken up in 50 to 100 ⁇ l of chloroform (see table below) -after).
  • the mixture is dried under a stream of nitrogen. 1 ml of 0.9% NaCl is added and the whole is left overnight at 4 ° C. before being sonicated for 3 to 5 min until a milky to translucent solution is obtained.
  • the lipid mixture is stored at 4 ° C until use. Dilutions in series (2 in 2) of the plasmid solution and the lipid mixture are prepared. A wide range of lipid / DNA complexes is formed by transferring a given volume of DNA dilutions into an identical volume of lipid dilutions.
  • the cells After aspirating the culture medium, the cells are placed in the presence of 100 ⁇ l of the above complexes and incubated in a humid atmosphere at 37 ° C., 5 to 10% CO 2 .
  • the medium is added in two stages: 50 ⁇ l of medium comprising 30% FCS 4 to 6 h after transfection and then 100 ⁇ l to 10% FCS 24 h after. The last two columns are generally reserved for witnesses and the standard range.
  • the ⁇ -galactosidase activity is revealed, 48 h post-transfection, after lysis of the cells by addition of 50 ⁇ l of lysis buffer (0.1% Triton X-100, 250 mM Tris-HCl pH8).
  • PBS buffer comprising 0.5% BSA (Bovine Serum Albumin)
  • BSA Bovine Serum Albumin
  • the standard range consists of serial dilutions of a ⁇ -galactosidase standard (Boehringer Mannheim; reference 567 779) prepared in the same PBS-BSA buffer. As an indication, the range extends from 50 to 0.39 ng / ml.
  • 150 ⁇ l of ONPG substrate OrthoNitroPhenol Galactopyrannoside Sigma: reference NI 127) are added at a concentration of 2 mg / ml in PBS, 0.5% BSA. The absorbance is measured at 405 nm in an Elisa reader after 30 min, 4 h or 24 h of incubation.
  • spermine-choiesterol / DOPE mixture a ratio of between 1: 0.86 and 1: 2 is preferred, for which the transfection efficiency is highest for a range of dilutions of the lipid mixture and of the Fairly large DNA.
  • the nuclei of the transfected cells (which produce a nuclear ⁇ -galactosidase), appear in blue and the proportion of stained cells is estimated.
  • Figure 8 illustrates the results obtained for each lipid composition. The number of blue cells is significantly higher with the spermine-cholesterol or spermidine-cholesterol complexes (transfection rate roughly equivalent in both cases) than with those consisting of DC-Chol. In comparison, the transfection rate of Transfectam-based complexes is very low.
  • the myoblasts are taken from the diaphragms of adult C57 Black 10 mice or from the thighs of m d.v adult mice (4 weeks).
  • the muscle samples are dissociated in a mixture of dispase and collagenase and the cells are cultured in 24-well plates and in DMEM or F14 medium supplemented with growth factors (insulin, FGF, EGF, glutamine) and serum. calf at a concentration of 10%.
  • the cells are transfected in a serum-free medium with 1.875 ⁇ g of plasmid pCHUON complexed with various lipids (spermine-cholesterol, spermidine-cholesterol, DC-Chol and Transfectam) in the presence of DOPE (1: 1 lipid / DOPE ratio and DNA ratio) / lipid mixture 1: 4).
  • DOPE 1: 1 lipid / DOPE ratio and DNA ratio
  • lipid mixture 1: 4 lipid mixture
  • a naked DNA witness is also constituted. 4 h after transfection, the culture is continued in a medium supplemented with serum. Myoblasts are able to proliferate and then merge into multinucleate structures constituting muscle fibers or myotubes.
  • the cells are fixed after 48 h, treated with X-Gal and the estimated number of colored cells.
  • the protocol applied is similar to that described in paragraph 6.2 with the difference that 500 ⁇ g of isomers purified by semi-preparative HPLC are used in place of the lipid preparation.
  • the substituted isomer at the level of the primary amine of the long arm of spermidine (corresponding to peak 3 in FIG. 2) has the best transfection activity in A549 cells compared to the other two isomers ( Figure 9) and to the mixture, (not shown).
  • spermine cholesterol isomers show a clear superiority of the substituted isomer over the primary amine (pic 2), particularly at low DNA concentrations (for example 0.525 ⁇ g of DNA for 4 to 0.5 ⁇ g in lipids).
  • the isomer corresponding to peak 1 has a transfection activity of the same order of magnitude as that of the mixture.
  • the protocol applied is similar to that described in paragraph 6.4. apart from the fact that 500 ⁇ g of isomers purified by semi-preparative HPLC and the reporter plasmid luciferase are used.
  • spermidine-cholesterol isomers that substituted on the secondary amine (corresponding to peak 1) is 3 to 4 times more effective than the mixture. The best activity is obtained for 2 ⁇ g of DNA and 4 to 0.25 ⁇ g in total lipid.
  • the spermine-cholesterol isomer substituted on the secondary amine is more effective than the mixture (in particular in a range 1 ⁇ g of DNA for 4 to 0.25 ⁇ g in total lipid).

Abstract

A compound of formula (II), wherein R1 is hydrogen and R2 is hydrogen or, for only one of its n substituents, a deoxy residue in the 3 position of the cholesterol or a mono- or polyvalent residue of a cholesterol derivative having one or more reactive groupings, respectively, said groupings being capable of reacting with a secondary amine group of a polyamine molecule; n is an integer from 2 to 6; and p is an integer from 2 to 6 and identical or different in the n (a) fragments.

Description

COMPOSE LIPOPOLYAMINE, COMPOSITION PHARMACEUTIQUE ET VECTEUR DE TRANSFERT D'ACIDE NUCLEIQUE EN COMPRENANT, ET LIPOPOLYAMINE COMPOUND, PHARMACEUTICAL COMPOSITION AND NUCLEIC ACID TRANSFER VECTOR INCLUDING, AND
PROCEDE DE PREPARATIONPREPARATION PROCESS
La présente invention concerne un composé lipopolyamine ci des compositions pharmaceutiques en comprenant. Plus particulièrement la présente invention concerne l'utilisation de cette composition pour le transfert d'un acide nucléique dans une cellule hôte. Enfin, la présente invention concerne un procédé de préparation d'un composé selon l'invention, et un procédé de purification d'un isomère dudit composé.The present invention relates to a lipopolyamine compound ci to pharmaceutical compositions comprising it. More particularly the present invention relates to the use of this composition for the transfer of a nucleic acid into a host cell. Finally, the present invention relates to a process for the preparation of a compound according to the invention, and to a process for the purification of an isomer of said compound.
Le transfert de gènes dans une cellule donnée est à la base même de la thérapie génique. Cependant, un des problèmes majeurs est d'introduire une quantité suffisante d'acide nucléique thérapeutique dans la cellule hôte à traiter. Les vecteurs les plus efficaces à cet égard sont des vecteurs viraux, en particulier rétroviraux et adénoviraux. En effet, les virus ont développé des mécanismes sophistiqués pour traverser les membranes cellulaires, échapper à la dégradation au niveau des lysosomes et faire pénétrer leur génome dans le noyau. Cependant, l'approche virale a ses limitations, notamment une capacité de clonage dans le génome viral restreinte, une production de particules virales infectieuses susceptibles de dissémination dans l'organisme hôte et l'environnement, un risque de mutagénèse insertioπnelle dans le cas des vecteurs rétroviraux, et une induction de réponses immunitaires et inflammatoires chez l'hôte. Ces inconvénients importants dans le cadre d'un usage humain justifient la recherche de systèmes alternatifs de transfert d'acides nucléiques.The transfer of genes into a given cell is the very basis of gene therapy. However, one of the major problems is to introduce a sufficient quantity of therapeutic nucleic acid into the host cell to be treated. The most effective vectors in this regard are viral, in particular retroviral and adenoviral vectors. In fact, viruses have developed sophisticated mechanisms to cross cell membranes, escape degradation at the level of lysosomes and make their genome enter the nucleus. However, the viral approach has its limitations, in particular a cloning capacity in the viral genome restricted, a production of infectious viral particles capable of dissemination in the host organism and the environment, a risk of insertional mutagenesis in the case of vectors retroviral, and induction of immune and inflammatory responses in the host. These significant drawbacks in the context of human use justify the search for alternative nucleic acid transfer systems.
De nombreuses méthodes sont disponibles à l'heure actuelle parmi lesquelles la coprécipitation au phosphate de calcium, l'électroporation, la microinjection ou encore la lipofection. Cette dernière utilise des lipides cationiques qui interagissent spontanément avec l'acide nucléique par interaction de charges pour former des complexes chargés positivement capables de fusionner avec les membranes cellulaires anioniques et faire pénétrer l'acide nucléique qu'ils transportent. L'utilisation de lipides cationiques comme vecteur de transfert de diverses molécules d'intérêt thérapeutique a déjà été décrite dans la littérature. Il a été montré que les lipides cationiques de structures chimiques variées permettent la transfection de cellules de mammifères en culture avec des efficacités très différentes dépendant du type de cellule et de la formulation des complexes lipides-ADN. Cependant, les efficacités sont généralement variables et faibles chez l'animal, notamment en ce qui concerne une administration musculaire, et les résultats obtenus avec les molécules synthétiques actuellement disponibles, ne sont pas satisfaisants. Dans leur ensemble, ces études n'ont pas permis d'identifier des facteurs influençant l'efficacité du mécanisme de transfert de gènes et les essais d'optimisation en fonction de paramètres structurels tels que la taille des particules, la charge, le contenu en ADN etc... n'ont pas apporté de réponses claires.Many methods are currently available, including calcium phosphate co-precipitation, electroporation, microinjection and even lipofection. The latter uses cationic lipids which interact spontaneously with nucleic acid by interaction of charges to form positively charged complexes capable of fusing with anionic cell membranes and causing the nucleic acid which they transport to penetrate. The use of cationic lipids as a transfer vector for various molecules of therapeutic interest has already been described in the literature. It has been shown that cationic lipids with various chemical structures allow the transfection of cultured mammalian cells with very different efficiencies depending on the type of cell and the formulation of lipid-DNA complexes. However, the efficiencies are generally variable and low in animals, in particular as regards muscular administration, and the results obtained with the synthetic molecules currently available, are not satisfactory. Taken as a whole, these studies did not make it possible to identify factors influencing the efficiency of the gene transfer mechanism and optimization trials as a function of structural parameters such as particle size, charge, DNA etc ... did not provide clear answers.
EP 0 349 1 1 1 et W095/18863 (Behr et al.) se rapportent à la composition lipidique comprenant un composé 5-carboxyspermylglycine dioctadecylamide (encore désignée DOGS) qui résulte de la combinaison de la spermine avec un lipide à chaîne linéaire. WO95/1 8863 décrit des expériences de transfection in vivo réussies avec un rapport de charges + /- inférieur à 2, uniquement dans des souris nouveaux-nées par injections intracérébrales. Aucune transfection par administration intramusculaire ou intraveineuse n'est obtenue, en particulier sur des souris autres que nouveaux-nés.EP 0 349 1 1 1 and WO95 / 18863 (Behr et al.) Relate to the lipid composition comprising a 5-carboxyspermylglycine dioctadecylamide compound (also designated DOGS) which results from the combination of spermine with a straight chain lipid. WO95 / 1 8863 describes successful in vivo transfection experiments with a +/- charge ratio of less than 2, only in mice born by intracerebral injections. No transfection by intramuscular or intravenous administration is obtained, in particular on mice other than newborns.
L'article de Gao et Huang, 1991 dans BBRC 179, 280-285 et la demande internationale WO93/05162 décrivent une lipopolyamine, le DC-CHOL issue de la réaction du cholesteryl chloroformate et d'une amine tertiaire (diméthylethylène diamine) . Le DC-CHOL ou 3 R( [N - ( N\ N' - diméthylaminoéthane) - carbamoyl] cholestérol ne comporte qu'une charge positive et de ce fait présente un pouvoir transfectant faible.The article by Gao and Huang, 1991 in BBRC 179, 280-285 and the international application WO93 / 05162 describe a lipopolyamine, DC-CHOL resulting from the reaction of cholesteryl chloroformate and a tertiary amine (dimethylethylene diamine). DC-CHOL or 3 R ([N - (N \ N '- dimethylaminoethane) - carbamoyl] cholesterol has only a positive charge and therefore has a low transfecting power.
Le but de la présente invention est de fournir de nouveaux lipides cationiques plus efficaces, en particulier pour une application comme vecteur de transfert d'ADN, notamment en vue d'une administration intramusculaire, intratrachéale ou encore intrapulmonaire. La présente invention a donc pour objet un compose lipopolyamine de formule ;The aim of the present invention is to provide new, more efficient cationic lipids, in particular for application as a DNA transfer vector, in particular for intramuscular, intratracheal or even intrapulmonary administration. The present invention therefore relates to a lipopolyamine compound of formula;
C - (S)m ( I ) dans laquelle :C - (S) m (I) in which:
- C représente un reste désoxy en position 3 du cholestérol ou un reste monovalent ou polyvalent d'un dérivé de cholestérol portant un ou respectivement plusieurs groupements réactifs susceptibles de réagir avec un groupe amine primaire ou secondaire d'une molécule polyamine ,C represents a deoxy residue in position 3 of cholesterol or a monovalent or polyvalent residue of a cholesterol derivative carrying one or more reactive groups capable of reacting with a primary or secondary amine group of a polyamine molecule,
- S représente un reste amine dudit groupe amine d'une molécule polyamine, etS represents an amine residue of said amine group of a polyamine molecule, and
- m représente un nombre entier de 1 à 3.- m represents an integer from 1 to 3.
On entend par "dérivé du cholestérol" un composé ayant pour formule le squelette du cholestérol lié à un ou plusieurs substituant(s) dont au moins un comprend un groupement réactif susceptible de réagir avec un groupe amine primaire ou secondaire d'une molécule polyamine.The term “cholesterol derivative” is intended to mean a compound having the formula the cholesterol backbone linked to one or more substituent (s), at least one of which comprises a reactive group capable of reacting with a primary or secondary amine group of a polyamine molecule.
A titre illustratif, on cite plus particulièrement comme :By way of illustration, we cite more particularly as:
- composés où m ≈ 1 , les composés dans lesquels C représente un reste monovalent désoxy en position 3 du cholestérol ;- compounds where m ≈ 1, the compounds in which C represents a monovalent deoxy residue in position 3 of cholesterol;
- composés où m = 2, les composés dans lesquels C représente un reste divalent didesoxy de 5-cholesten-3β, 4β-diol, ou 5-cholesten- 3β, 25-diol, et,- compounds where m = 2, the compounds in which C represents a divalent didesoxy residue of 5-cholesten-3β, 4β-diol, or 5-cholesten- 3β, 25-diol, and,
- composés où m = 3, les composés dans lesquels C représente un reste trivalent tridesoxy- du cholesten - 3β, 5f\ 6β-triol.- compounds where m = 3, the compounds in which C represents a trivalent tridesoxy- residue of cholesten - 3β, 5f \ 6β-triol.
Dans un mode préféré de réalisation S est un reste d'une molécule polyamine de formule :In a preferred embodiment S is a residue of a polyamine molecule of formula:
H2N - [-(CH2)p - NH]n- H ( IX) et le composé lipopolyamine selon l'invention répond à la formuleH2N - [- (CH 2 ) p - NH] n - H (IX) and the lipopolyamine compound according to the invention corresponds to the formula
HN [(CH2)F Nhn H ( n: I R i R2HN [(CH 2 ) F Nh n H (n: IR i R2
dans laquelle :in which :
- Ri et R2 représentent l'hydrogène ou un reste monovalent C ;- Ri and R 2 represent hydrogen or a monovalent residue C;
- le symbole R2 peut être identique ou différent dans les n fragments [(CH2)P - N] ;- the symbol R 2 can be identical or different in the n fragments [(CH 2 ) P - N];
R2R2
- l'un seulement de R! et des n substituants R2 représente undit reste monovalent C ;- only one of R ! and n substituents R 2 represents undit monovalent residue C;
- n est un nombre entier de 2 à 6 ; et- n is an integer from 2 to 6; and
- p est un nombre entier de 2 à 6 identique ou différent dans les n fragments [(CH2)P - N]- p is an integer from 2 to 6 identical or different in the n fragments [(CH 2 ) P - N]
R2R2
De préférence dans la formule (II), Rj représente l'hydrogène et R 2 représente l'hydrogène ou, pour un seul des n substituants, un reste déoxy en position 3 du cholestérol ou un reste monovalent ou polyvalent d'un dérivé de cholestérol portant un ou respectivement plusieurs groupements réactifs susceptibles de réagir avec un groupe amine secondaire d'une molécule polyamine ;Preferably in formula (II), Rj represents hydrogen and R 2 represents hydrogen or, for only one of the n substituents, a deoxy residue in position 3 of cholesterol or a monovalent or polyvalent residue of a cholesterol derivative carrying one or respectively more reactive groups capable of reacting with a secondary amine group of a polyamine molecule;
- n est un nombre entier de 2 à 6 ; et- n is an integer from 2 to 6; and
- p est un nombre entier de 2 à 6 identique ou différent dans les n
Figure imgf000006_0001
- p is an integer from 2 to 6 identical or different in the n
Figure imgf000006_0001
[(CH2)P - N] r 1 De préférence les composés n = 2 ou 3 et p = 3 ou 4.[(CH2) P - N] r 1 Preferably the compounds n = 2 or 3 and p = 3 or 4.
De préférence encore S représente un reste de composé naturel spermine ou spermidine correspondant aux composés de formule (IX) dans laquelle n = 2 et p = 3 et 4 (spermidine) et n = 3 et p = 3 , 4 et 3 respectivement dans les différents chaînons (spermine).More preferably, S represents a residue of natural spermine or spermidine compound corresponding to the compounds of formula (IX) in which n = 2 and p = 3 and 4 (spermidine) and n = 3 and p = 3, 4 and 3 respectively in the different links (spermine).
Dans un mode de réalisation particulier, le composé selon l'invention est caractérisé en ce que le reste monovalent C, est un reste monovalent désoxy en position 3 du cholestérol.In a particular embodiment, the compound according to the invention is characterized in that the monovalent residue C, is a monovalent deoxy residue in position 3 of cholesterol.
Le couplage de l'aminé S peut alors se faire par exemple par substitution nucléophile d'un groupe tosylate en position 3 d'un composé cholestérol tosylate par une fonction amine de S, créant ainsi une liaison amine directe. Ceci a l'avantage de préserver le nombre de charges positives de la spermidine (3 charges) et spermine (4 charges).Amine S can then be coupled, for example, by nucleophilic substitution of a tosylate group in position 3 of a tosylate cholesterol compound with an amine function of S, thus creating a direct amine bond. This has the advantage of preserving the number of positive charges of spermidine (3 charges) and spermine (4 charges).
Mais le couplage de l'aminé S peut également se faire par couplage d'un groupe réactif de C avec une fonction amine du composé de formule (IX). C'est le cas où C représente un reste d'un dérivé de cholestérol. Plus précisément le reste C peut représenter un reste d'un dérivé de cholestérol en position 3 de formule L-R dans laquelle :However, the coupling of the amine S can also be done by coupling of a reactive group of C with an amine function of the compound of formula (IX). This is the case where C represents a residue of a cholesterol derivative. More precisely, the residue C can represent a residue of a cholesterol derivative in position 3 of formula L-R in which:
- L représente un radical aliphatique comportant un reste d'un groupe pouvant réagir avec un groupe amine primaire ou secondaire etL represents an aliphatic radical comprising a residue of a group capable of reacting with a primary or secondary amine group and
- R représente le reste en position 3 de formule - R represents the remainder in position 3 of formula
Figure imgf000008_0001
Figure imgf000008_0001
On cite en particulier les composés dans lesquels le reste de dérivé du cholestérol en position 3 a pour formule :Mention is made in particular of the compounds in which the remainder of the cholesterol derivative in position 3 has the formula:
Figure imgf000008_0002
Figure imgf000008_0002
Ce reste (V) est un reste de dérivé chloroformate en position 3 de cholestérol.This residue (V) is a residue of the chloroformate derivative in position 3 of cholesterol.
On peut citer également les composés de formule (III) dans lesquels L représente un lien de type hemisuccinate de formuleMention may also be made of the compounds of formula (III) in which L represents a hemisuccinate type bond of formula
- C - (CH2)2 - C I l I I- C - (CH 2 ) 2 - CI l II
O O Ce reste est alors un reste d'un dérivé OH - C - (CH2h - C - ROO This residue is then a residue of an OH - C - derivative (CH 2 h - C - R
U I IU I I
O O que l'on peut obtenir en greffant un radical succinite anhydre sur le cholestérol. La réaction s'accompagne d'une ouverture du cycle succinite qui peut ensuite réagir avec la polyamine. Ce mode de réalisation introduit un bras entre cette dernière et le cholestérol.O O which can be obtained by grafting an anhydrous succinite radical on cholesterol. The reaction is accompanied by an opening of the succinite ring which can then react with the polyamine. This embodiment introduces an arm between the latter and the cholesterol.
La présente invention fournit également des isomères monosubstitués de cholestérol purifiés répondant à la formule :The present invention also provides monosubstituted isomers of purified cholesterol corresponding to the formula:
H - N - (CH2) 3 - N - (CH2)4 - NH (VI )H - N - (CH 2 ) 3 - N - (CH 2 ) 4 - NH (VI)
||
Ri R21 R22Ri R2 1 R 2 2
dans laquelle Ri et R2', avec i = 1 et 2 ont les significations de Ri et R2 données précédement et des composés répondant à la formule :in which Ri and R 2 ', with i = 1 and 2 have the meanings of Ri and R 2 given above and of compounds corresponding to the formula:
H - N - (CH2)3 - N - (CH2)4 - N - (CH2)3 - N - H (VII ) 1 1 I IH - N - (CH 2 ) 3 - N - (CH 2 ) 4 - N - (CH 2 ) 3 - N - H (VII) 1 1 II
Ri R21 R22 R23 Ri R2 1 R2 2 R2 3
dans laquelle R i et R2' avec i = 1 , 2 et 3 ont les significations de Rt et R 2 données précédemment.in which R i and R 2 'with i = 1, 2 and 3 have the meanings of R t and R 2 given above.
On cite plus particulièrement, les composés de formule (VI) pour lesquels : - R2 l représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3 et,Mention is made more particularly of the compounds of formula (VI) for which: - R 2 l represents undit remains monovalent of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and,
- Ri et R22 représentent H. ainsi que les composés pour lesquels :- Ri and R 2 2 represent H. as well as the compounds for which:
- Ri et R2 1 représentent H et - R? 2 représente undit reste de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3 et, les composés pour lesquels :- Ri and R 2 1 represent H and - R? 2 represents a residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and, the compounds for which:
- R i représente undit reste monovalent de cholestérol d'un dérivé de cholestérol en position 3, et - R2 1 et R2 2 représentent H.R i represents undit monovalent cholesterol residue of a cholesterol derivative in position 3, and - R 2 1 and R 2 2 represent H.
De même, on cite plus particulièrement, un composé selon l'invention, caractérisé en ce que dans la formule (VU) - R2t et R2 2 représentent H, etLikewise, a compound according to the invention is more particularly cited, characterized in that in the formula (VU) - R 2 t and R 2 2 represent H, and
- l'un de Ri et R2 3 représente ledit reste monovalent d'un dérivé de cholestérol en position 3 et l'autre représente H. ainsi que les composés selon l'invention, caractérisé en ce que dans la formule (VII) - Ri et R2 3 représentent H, et- one of Ri and R 2 3 represents said monovalent residue of a cholesterol derivative in position 3 and the other represents H. as well as the compounds according to the invention, characterized in that in formula (VII) - Ri and R 2 3 represent H, and
- l'un de R2 1 et R 2 2 représente ledit reste de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3 et l'autre représente H. Ces composés dans lesquels le cholestérol ou dérivé de cholestérol est substitué sur une amine terminale des composés (VI) ou (VII) sont préférés.- one of R 2 1 and R 2 2 represents said residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and the other represents H. These compounds in which the cholesterol or cholesterol derivative is substituted on a terminal amine compounds (VI) or (VII) are preferred.
Les données expérimentales décrites ci-après montrent que le pouvoir transfectant de ces isomères est supérieur lorsque le reste d'un dérivé de cholestérol en position 3 est greffé sur une amine terminale primaire du composé de formule (IX), en particulier sur le bras long [(CH2).ι] de la spermidine.The experimental data described below show that the transfecting power of these isomers is greater when the remainder of a cholesterol derivative in position 3 is grafted onto a primary terminal amine of the compound of formula (IX), in particular on the long arm [(CH 2 ) .ι] spermidine.
Les com posés se lon l ' invention son t effectivemen t avantageusement utilisés pour leur pouvoir transfectant pour le transfert dans une cellule d'une substance thérapeutiquement active chargée négativement.The compounds according to the invention are advantageously used for their transfecting power for the transfer into a cell of a therapeutically active substance negatively charged.
La présente invention a donc également pour objet une composition pharmaceutique comprenant un composé selon l'invention et une substance thérapeutiquement active chargée négativement.The present invention therefore also relates to a pharmaceutical composition comprising a compound according to the invention and a therapeutically active substance negatively charged.
On cite en particulier une composition dans laquelle ladite substance active est un acide. De préférence, ladite substance active est un acide nucléique.Mention is made in particular of a composition in which said active substance is an acid. Preferably, said active substance is a nucleic acid.
Ledit acide nucléique peut être un ADN ou un ARN sens ou aniisens. Les applications sens et anti sens sont bien connues de l'homme de l'art. En bref, on entend par :Said nucleic acid can be a sense or anis sense DNA or RNA. The sense and anti sense applications are well known to those skilled in the art. In short, by:
- "anti sens" un acide nucléique ayant une séquence complémentaire à une séquence cible, par exemple une séquence d'ARNm dont on cherche à bloquer l'expression par hybridation sur la séquence cible ; et - "sens" un acide nucléique ayant une séquence homologue ou identique à une séquence cible, par exemple une séquence qui se lie à un facteur de transcription protéique et impliquée dans l'expression d'un gène donné.- "anti sense" a nucleic acid having a sequence complementary to a target sequence, for example an mRNA sequence whose expression is sought to block by hybridization on the target sequence; and - "sense" a nucleic acid having a sequence homologous or identical to a target sequence, for example a sequence which binds to a protein transcription factor and is involved in the expression of a given gene.
Selon un mode de réalisation préféré, l'acide nucléique comporte un gène d'intérêt et des éléments permettant l'expression dudit gène d'intérêt. Dans ce mode de réalisation, ledit fragment d'acide nucléique est avantageusement sous forme de plasmide.According to a preferred embodiment, the nucleic acid comprises a gene of interest and elements allowing the expression of said gene of interest. In this embodiment, said nucleic acid fragment is advantageously in the form of a plasmid.
Dans le cadre de la présente invention, l'acide nucléique peut être homologue ou hétérologue à la cellule cible. Il peut être avantageux d'utiliser un acide nucléique codant pour une cytokine (interleukine dont I'IL-2 , interféron, facteur stimulateur de colonies...), un récepteur cellulaire ou nucléaire, un ligand, un facteur de coagulation (Facteur VII, Facteur VIII, Facteur IX... ) , la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator en anglais) , l'insuline, la dystrophine, une hormone de croissance, une enzyme (uréase rénine, thrombine...), un inhibiteur d'enzyme (inhibiteur d'une protéasc virale, α 1-antitrypsine...), un polypeptide à effet antitumoral (produit de gènes suppresseurs de tumeurs, polypeptide stimulant le système immunitaire...), un polypeptide capable d'inhiber ou ralentir le développement d'une infection bactérienne, virale ou parasitaire (polypeptide antigénique, variant trans-dominant...), un anticorps, une toxine, une immunotoxine et !0 enfin un marqueur (luciférase, β-galactosidase, produit conférant la résistance à un antibiotique...). Bien entendu, cette liste n'est pas limitative et d'autres gènes peuvent également être employés.In the context of the present invention, the nucleic acid can be homologous or heterologous to the target cell. It may be advantageous to use a nucleic acid encoding a cytokine (interleukin including IL-2, interferon, colony stimulating factor, etc.), a cellular or nuclear receptor, a ligand, a coagulation factor (Factor VII , Factor VIII, Factor IX ...), the CFTR protein (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator in English), insulin, dystrophin, a growth hormone, an enzyme (renin urease, thrombin ...), an inhibitor enzyme (inhibitor of a viral protease, α 1-antitrypsin, etc.), a polypeptide with an anti-tumor effect (product of tumor suppressor genes, polypeptide stimulating the immune system, etc.), a polypeptide capable of inhibiting or slow the development of a bacterial, viral or parasitic infection (antigenic polypeptide, trans-dominant variant, etc.), an antibody, a toxin, an immunotoxin and ! 0 finally a marker (luciferase, β-galactosidase, product conferring resistance to an antibiotic ...). Of course, this list is not exhaustive and other genes can also be used.
Avantageusement, l'acide nucléique est placé sous le contrôle des éléments nécessaires à son expression dans la cellule hôte. Par "éléments nécessaires", on désigne l'ensemble des éléments permettant la transcription dudit fragment d'ADN en ARN (ARN antisens ou ARNm) et la traduction de l'ARNm en polypeptide. Ces éléments comprennent un promoteur régulable ou constitutif, lequel peut être héiérologue ou au contraire homologue au virus parental. On peut citer, à titre d'exemples, le promoteur du gène PGK (Phospho Glycérate Kinase) humain ou murin, le promoteur précoce du virus SV40 (Simian Virus), le LTR du RSV (Rous Sarcoma Virus), le promoteur TK (Thymidine Kinase) du virus HSV-1 (Herpès Simplex virus) et les promoteurs adénoviraux El A et MLP. Les éléments nécessaires peuvent, en outre, inclure des éléments additionnels (séquence intronique, séquence signal de sécrétion, séquence de localisation nucléaire, site d'initiation de la traduction, signal poly A de terminaison de la transcription...).Advantageously, the nucleic acid is placed under the control of the elements necessary for its expression in the host cell. By "necessary elements" is meant all of the elements allowing the transcription of said DNA fragment into RNA (antisense RNA or mRNA) and the translation of mRNA into polypeptide. These elements include a regulatable or constitutive promoter, which can be hierologous or on the contrary homologous to the parental virus. Examples include the promoter of the human or murine PGK (Phospho Glycerate Kinase) gene, the early promoter of the SV40 virus (Simian Virus), the RSV LTR (Rous Sarcoma Virus), the TK promoter (Thymidine Kinase) of the HSV-1 virus (Herpes Simplex virus) and the adenoviral promoters El A and MLP. The necessary elements may, in addition, include additional elements (intronic sequence, secretion signal sequence, nuclear localization sequence, site of initiation of translation, poly A signal of termination of transcription, etc.).
Les expériences de transfection montrent qu'avantageusement le rapport en poids du composé lipidique selon l'invention audit fragment d'ADN est de 0,01 à 100. Le rapport optimal se situe de 0, 1 à 10.The transfection experiments show that advantageously the weight ratio of the lipid compound according to the invention to said DNA fragment is from 0.01 to 100. The optimal ratio is from 0.1 to 10.
La présente invention a également pour objet l'utilisation d'une composition pharmaceutique selon l'invention pour préparer un vecteur de transfert dudit acide nucléique dans des cellules in vitro, ex vivo ou in vivo.A subject of the present invention is also the use of a pharmaceutical composition according to the invention for preparing a vector for transferring said nucleic acid into cells in vitro, ex vivo or in vivo.
D'une manière générale, une composition selon l'invention peut être utilisée dans divers types de cellules hôtes. Il s'agit de préférence d'une cellule mammifère et en particulier d'une cellule humaine. Ladite cellule peut être une cellule primaire ou tumorale d'une origine hématopoïetique (cellule souche totipotente, leucocyte, lymphocyte, monocyte ou macrophage...) hépatique, épithcliale, fibroblaste... et tout particulièrement une cellule musculaire (myoblaste, cardiomyocyte...), une cellule trachéale ou pulmonaire. Par ailleurs, une composition selon l'invention peut comprendre un clément de ciblage vers une cellule particulière par exemple un ligand à un récepteur cellulaire. De tels éléments de ciblage sont connus.In general, a composition according to the invention can be used in various types of host cells. It is preferably a mammalian cell and in particular a human cell. Said cell may be a primary or tumor cell of an origin hematopoietic (totipotent stem cell, leukocyte, lymphocyte, monocyte or macrophage ...) hepatic, epithclial, fibroblast ... and especially a muscle cell (myoblast, cardiomyocyte ...), a tracheal or pulmonary cell. Furthermore, a composition according to the invention can comprise a targeting element for a particular cell, for example a ligand to a cellular receptor. Such targeting elements are known.
Une composition selon l'invention peut être administrée par voie intragastrique, sous-cutanée, intraveineuse, intrapéritonéale, intratumorale ou nasale. On préférera tout particulièrement les voies d'administration intracardiaque, intramusculaire, intrapulmonaire ou intratrachéale. L'administration peut avoir lieu en dose unique ou répétée une ou plusieurs fois après un certain délai d'intervalle. La voie d'administration et le dosage appropriés varient en fonction de divers paramètres, par exemple, de l'invidu ou de la maladie à traiter ou encore de l'acide nucléique à transférer.A composition according to the invention can be administered by intragastric, subcutaneous, intravenous, intraperitoneal, intratumoral or nasal route. Particular preference will be given to the intracardiac, intramuscular, intrapulmonary or intratracheal routes of administration. The administration can take place in single dose or repeated one or more times after a certain interval of interval. The appropriate route and dosage will vary depending on various parameters, for example, the individual or disease to be treated or the nucleic acid to be transferred.
Une composition selon l'invention est destinée à la préparation d'un médicament destiné au traitement du corps humain ou animal et, préférentiellement, par thérapie génique. Selon une première possibilité, le médicament peut être administré directement in vivo (par exemple dans un muscle, dans les poumons par aérosol...). On peut également adopter l'approche ex vivo qui consiste à prélever des cellules du patient (cellules souches de la moelle osseuse, lymphocites du sang périphérique, cellules musculaires...), de les transférer in vitro selon les techniques de l'art et de les réadministrer au patient.A composition according to the invention is intended for the preparation of a medicament intended for the treatment of the human or animal body and, preferably, by gene therapy. According to a first possibility, the medicament can be administered directly in vivo (for example into a muscle, into the lungs by aerosol, etc.). It is also possible to adopt the ex vivo approach which consists in taking cells from the patient (stem cells from the bone marrow, lymphocites of peripheral blood, muscle cells, etc.), transferring them in vitro according to the techniques of the art and to re-administer them to the patient.
La présente invention a donc également pour objet un vecteur de transfert d'acides nucléiques dans des cellules de microorganismes, de plantes, humaines ou d'animaux notamment de mammifères, caractérisé en ce qu'il comporte une composition pharmaceutique selon l'invention comportant un acide nucléique et un adjuvant capable d'améliorer le pouvoir transfectant de ladite composition. Dans un mode de réalisation ledit adjuvant est un co-lipide neutre.The present invention therefore also relates to a vector for transferring nucleic acids into cells of microorganisms, plants, humans or animals, in particular mammals, characterized in that it comprises a pharmaceutical composition according to the invention comprising a nucleic acid and an adjuvant capable of improving the transfecting power of said composition. In one embodiment, said adjuvant is a neutral co-lipid.
A titre d'exemples, on peut citer les phospholipides tels que la phosphatidyl éthanolamine, phosphatidyl choline, phosphatidyl serine, phosphatidyl glycérol ainsi que les détergents acceptables sur le plan pharmaceutique.By way of examples, mention may be made of phospholipids such as phosphatidyl ethanolamine, phosphatidyl choline, phosphatidyl serine, phosphatidyl glycerol as well as pharmaceutically acceptable detergents.
Il est également possible de combiner au mélange lipide/colipide une troisième substance pour amél iorer encore l'efficacité transfectionnelle ou la stabilité des complexes.It is also possible to combine a third substance with the lipid / colipid mixture to further improve the transfection efficiency or the stability of the complexes.
Le rapport molaire du composé lipopolyamine selon l'invention au co-lipide neutre adjuvant est de préférence de 0, 1 à 5 , de préférence encore de 0,25 à 2.The molar ratio of the lipopolyamine compound according to the invention to the adjuvant neutral co-lipid is preferably from 0.1 to 5, more preferably from 0.25 to 2.
La présente invention a également pour objet un procédé de préparation d'un composé lipopolyamine selon l'invention, caractérisé en ce qu'on réalise le couplage d'un composé chloroformate de formule :The present invention also relates to a process for the preparation of a lipopolyamine compound according to the invention, characterized in that the coupling of a chloroformate compound of formula:
OO
I II I
Cl - C \Cl - C \
O - R ( VII I )O - R (VII I)
dans laquelle R représente un reste désoxy en position 3 de cholestérol, avec un groupe amine du composé de formule :in which R represents a deoxy residue in position 3 of cholesterol, with an amine group of the compound of formula:
H2N-KCH2)p - NHtnH (IX)H 2 N-KCH 2 ) p - NHtnH (IX)
dans laquelle p et n ont les significations données ci-dessus.in which p and n have the meanings given above.
Pour favoriser l'obtention de dérivés mono substitués de cholestérol, les conditions du procédé ont dû être adaptées. La réaction étant effectuée en présence d'un excès d'aminé (IX) de 10 à 20 fois, à température de - 20°C, et en atmosphère de gaz inerte. En outre, le composé mono substitué de formule (II) est avantageusement obtenu par extraction dans un mélange eau/dichlorométhane suivi de deux étapes de cristallisation dans du méthanol de la fraction dichloromethane. En effet, on a dû sélectionner un solvant de cristallisation (le méthanol) adapté à l'hydrophobicité des molécules selon l'invention, capable de cristalliser en premier lieu les molécules les plus hydrophobes (dérivés polysubstitués), puis les monosubstitués (composés de formule (II)).To promote the production of mono-substituted cholesterol derivatives, the conditions of the process had to be adapted. The reaction being carried out in the presence of an excess of amine (IX) from 10 to 20 times, at a temperature of - 20 ° C, and in an inert gas atmosphere. In addition, the mono-substituted compound of formula (II) is advantageously obtained by extraction in a water / dichloromethane mixture followed by two stages of crystallization from methanol of the dichloromethane fraction. Indeed, we had to select a crystallization solvent (methanol) suitable for the hydrophobicity of the molecules according to the invention, capable of first crystallizing the most hydrophobic molecules (polysubstituted derivatives), then monosubstituted (compounds of formula (II)).
Pour obtenir un isomère d'un composé lipopolyamine selon l'invention, on prépare un composé de formule (X) qui correspond à un composé de formule (IX) dont au moins une fonction amine n'est pas protégée, mais dont les autres fonctions aminés sont protégées. Puis on réalise le couplage du composé (X) avec un composé chloroformate de fomule (VIII). On obtient ainsi un composé dont les fonctions aminés libres sont protégées et on déprotège lesdites fonctions aminés pour obtenir un composé de formule (II).To obtain an isomer of a lipopolyamine compound according to the invention, a compound of formula (X) is prepared which corresponds to a compound of formula (IX) of which at least one amine function is not protected, but whose other functions amines are protected. Then the coupling of compound (X) is carried out with a chloroformate compound of formula (VIII). A compound is thus obtained in which the free amino functions are protected and said amino functions are deprotected to obtain a compound of formula (II).
De préférence, pour préparer le composé de formule (VI) ou (VII) dans lesquelles p = 3 et 4 et n = 2 ou 3, on réalise le couplage d'une mole de 1 ,4 diaminobutane et 1 ou respectivement 2 moles d'acrylonitrile, puis on protège les groupes amine, puis on réduit le ou les groupe(s) nitrile(s) en groupe(s) amine(s). On obtient ainsi un composé de formule (VI) ou respectivement (VII) dans lequel le reste C est substitué sur une amine primaire terminale du composé de formule (IX).Preferably, to prepare the compound of formula (VI) or (VII) in which p = 3 and 4 and n = 2 or 3, coupling is carried out of one mole of 1, 4 diaminobutane and 1 or 2 moles respectively. acrylonitrile, then the amine groups are protected, then the nitrile group (s) is reduced to amine group (s). A compound of formula (VI) or respectively (VII) is thus obtained in which the residue C is substituted on a terminal primary amine of the compound of formula (IX).
Enfin, la présente invention a également pour objet un procédé de purification d'un isomère d'un composé selon l'invention, à partir d'un mélange d'isomères desdits composés, caractérisé en ce qu'on réalise une chromatographie liquide haute performance en phase inverse avec une colonne supelcosil LC-ABZ. La méthode de préparation des isomères sous forme substantiellement pure par HPLC en phase inverse s'est avérée particulièrement délicate à mettre en oeuvre du fait de leur caractéristique hydrophobe mais néanmoins polaire. A cet égard, le choix de la colonne s'est avéré déterminant : il a fallu employer une colonne à base de silice fortement dérivée en groupements Cl 8 et désactivée en surface, telle que la supelcosil® LC-ABZ prévue pour la purification de composés basiques. Les conditions de gradient appliquées ont également leur importance pour optimiser la purification d'isomères dont l'hydrophobicité est très proche.Finally, the present invention also relates to a process for the purification of an isomer of a compound according to the invention, from a mixture of isomers of said compounds, characterized in that a high performance liquid chromatography is carried out in reverse phase with a supelcosil LC-ABZ column. The method for preparing isomers in substantially pure form by reverse phase HPLC has proved to be particularly difficult to implement because of their hydrophobic but nevertheless polar characteristic. In this regard, the choice of the column proved to be decisive: it was necessary to use a column based on silica strongly derived in Cl 8 groups and deactivated at the surface, such as the supelcosil® LC-ABZ provided for the purification of compounds. basic. The gradient conditions applied are also important for optimizing the purification of isomers whose hydrophobicity is very close.
Les résultats de transfection de lignées cellulaires en culture montrent une capacité de transfection de cellules d'origine tissulaires et d'espèces différentes. Dans une première série d'expériences menées en parallèle avec le DC Chol (3 β [N, N' - diméthylaminométhane) carbamoyie] cholestérol ), qui diffère des composés de l'invention par la présence de la N, N' - diméthyléthylènediamine ( 1 seule charge positive) à la place de la spermine ou spermidine (2 ou 3 charges positives), on observe une augmentation significative du transfert de gènes dans les cellules musculaires qui d'ordinaire sont réfractaires à la transfection. Par conséquent, les lipides cationiques de l 'invention sont tout particulièrement appropriés au traitement des maladies musculaires, notamment myopathies de Duchenne et Bccker. En outre, ils sont également efficaces pour transfecter les cellules pulmonaires et sont adaptés au traitement des maladies pu lmonaires, notamment mucoviscidose, cancer des poumon et asthme.The results of transfection of cell lines in culture show a capacity for transfection of cells of tissue origin and of different species. In a first series of experiments carried out in parallel with DC Chol (3 β [N, N '- dimethylaminomethane) carbamoyie] cholesterol), which differs from the compounds of the invention by the presence of N, N' - dimethylethylenediamine ( 1 positive charge only) instead of spermine or spermidine (2 or 3 positive charges), there is a significant increase in gene transfer in muscle cells which are usually refractory to transfection. Consequently, the cationic lipids of the invention are very particularly suitable for the treatment of muscular diseases, in particular myopathies of Duchenne and Bccker. In addition, they are also effective in transfecting lung cells and are suitable for the treatment of lung diseases, including cystic fibrosis, lung cancer and asthma.
Un autre avantage des composés selon l'invention tels que spermine- cholestérol et spermidine-cholestérol, est qu'ils résultent de l'association de molécules naturellement présentes dans le corps humain. Le cholestérol constitue des membranes cellulaires et spermine et spermidine sont des molécules présentes de manière ubiquitaire dans les cellules. Cette caractéristique qui n'est pas partagée par les lipides cationiques de l'état de la technique, est un atout supplémentaire dans le cadre d'un usage humain et limite les risques d'immunogénicité et de toxicité chez le patient. A cet égard, les composés de l'invention sont en effet susceptibles d'être métabolisés par les enzymes en produits naturels donc peu toxiques. Par conséquent, ils présentent des garanties de sécurité indispensables à un usage humain.Another advantage of the compounds according to the invention, such as spermine-cholesterol and spermidine-cholesterol, is that they result from the association of molecules naturally present in the human body. Cholesterol constitutes cell membranes and spermine and spermidine are molecules ubiquitously present in cells. This characteristic, which is not shared by the cationic lipids of the prior art, is an additional advantage in the context of use. human and limits the risks of immunogenicity and toxicity in the patient. In this regard, the compounds of the invention are in fact capable of being metabolized by enzymes into natural products therefore not very toxic. Consequently, they present security guarantees which are essential for human use.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui va suivre.Other advantages and characteristics of the present invention will become apparent in the light of the detailed description which follows.
Les données expérimentales qui suivent sont illustrées par référence aux Figures suivantes:The following experimental data are illustrated by reference to the following Figures:
La Figure 1 illustre le profil HPLC analytique obtenu avec le composé spermidine-cholestérol après synthèse et 6 extractions consécutives eau/dichlorométhane.Figure 1 illustrates the analytical HPLC profile obtained with the spermidine-cholesterol compound after synthesis and 6 consecutive water / dichloromethane extractions.
La Figure 2 illustre le profil obtenu avec la préparation spermidine-cholestérol en HPLC semipréparative et visualise les trois isomères mono-cholestérol.Figure 2 illustrates the profile obtained with the spermidine-cholesterol preparation in semi-preparative HPLC and visualizes the three mono-cholesterol isomers.
La Figure 3 illustre le profil obtenu avec la préparation spermine-cholestérol en HPLC semipréparative et visualise les deux isomères mono-cholestérol.Figure 3 illustrates the profile obtained with the spermine-cholesterol preparation in semi-preparative HPLC and visualizes the two mono-cholesterol isomers.
La Figure 4 représente schématiquement les étapes de synthèse de l'isomère N'-spermidine cholestérol par l'intermédiaire de groupements protecteurs.FIG. 4 schematically represents the stages of synthesis of the N'-spermidine cholesterol isomer via protective groups.
La Figure 5 présente une chromatographie en couche mince d'isomères de spermine-cholestérol et spermidine-cholestérol produits par voie synthétique ou purifiés de la préparation lipidique (révélation par la ninhydrine). La Figure 6 représente schématiquement les étapes de synthèse de l'isomère N^spermine cholestérol par l'intermédiaire de groupements protecteurs.Figure 5 shows a thin layer chromatography of spermine-cholesterol and spermidine-cholesterol isomers produced synthetically or purified from the lipid preparation (development by ninhydrin). FIG. 6 schematically represents the stages of synthesis of the N ^ spermine isomer cholesterol via protective groups.
La Figure 7 illustre l'efficacité transfectionnelle du mélange spermidine-cholestérol/DOPE (ratio molaire de 1 : 0,74). L'axe Y représente l'absorbance lue à 405 nm, l'axe X la quantité de lipide/colipide (μg) par puit et l'axe Z la quantité d'ADN (μg) par puit.Figure 7 illustrates the transfection efficiency of the spermidine-cholesterol / DOPE mixture (molar ratio of 1: 0.74). The Y axis represents the absorbance read at 405 nm, the X axis the amount of lipid / colipid (μg) per well and the Z axis the amount of DNA (μg) per well.
La Figure 8 illustre l'efficacité de transfection de la lignée musculaire C2C12 avec les lipides cationiques (A) Transfectam, (B) DC-Chol, (C) spermidine-cholestérol et (D) spermine cholestérol.Figure 8 illustrates the transfection efficiency of the C2C12 muscle line with the cationic lipids (A) Transfectam, (B) DC-Chol, (C) spermidine-cholesterol and (D) spermine cholesterol.
La Figure 9 illustre l'efficacité de transfection des 3 isomères de spermidine-cholestérol (pic 1 à 3 de la Figure 2 ). L'axe X représente l'absorbance lue à 405 nm et l'axe Y la quantité d'ADN (μg) par puit.Figure 9 illustrates the transfection efficiency of the 3 isomers of spermidine-cholesterol (pic 1 to 3 of Figure 2). The X axis represents the absorbance read at 405 nm and the Y axis the amount of DNA (μg) per well.
1. Synthèse et purification du composé spermidine-cholestérol1. Synthesis and purification of the spermidine-cholesterol compound
La synthèse est effectuée dans des conditions favorisant l'obtention de dérivés monosubstitués. Pour ce faire, on se place en excès d'aminés (de préférence 10 à 20 fois d'excès molaire), à basse température (-20"C) pour ralentir la vitesse de réaction et en atmosphère en gaz inerte (par exemple argon) pour respecter les conditions anhydres. On indique que les produits de base spermidine, cholestéryl chloroformate et N-hydroxysuccinimide (NHS) sont disponibles commercialement (par exemple Sigma; référence S-2626, C-6633 et H-7377 respectivement).The synthesis is carried out under conditions favoring the production of monosubstituted derivatives. To do this, we place ourselves in excess of amines (preferably 10 to 20 times of molar excess), at low temperature (-20 "C) to slow the reaction rate and in an inert gas atmosphere (for example argon ) to respect the anhydrous conditions. It is indicated that the basic products spermidine, cholesteryl chloroformate and N-hydroxysuccinimide (NHS) are commercially available (for example Sigma; reference S-2626, C-6633 and H-7377 respectively).
On introduit dans un premier ballon sous argon:We introduce into a first balloon under argon:
- 1 ,6 g de cholestéryl chloroformate (soit 3,4 mmoles) repris dans 15 ml de dichloromethane anhydre (SDS, Peypin, France, référence 2910E16), et - 0,5 g de NHS (4, 1 mmoles) dissous dans 5 ml de dioxane (SDS, Peypin, France, référence 03610) rendu anhydre par passage sur tamis moléculaire qui piège les molécules d'eau.- 1.6 g of cholesteryl chloroformate (i.e. 3.4 mmol) taken up in 15 ml of anhydrous dichloromethane (SDS, Peypin, France, reference 2910E16), and - 0.5 g of NHS (4.1 mmol) dissolved in 5 ml of dioxane (SDS, Peypin, France, reference 03610) rendered anhydrous by passage over a molecular sieve which traps the water molecules.
Le mélange A ainsi constitué est laissé sous agitation 15 h à 4°C.The mixture A thus formed is left under stirring for 15 h at 4 ° C.
En parallèle, dans un second ballon on introduit 10 g de spermidine (69 mmoles). Après séchage sous vide pendant 13 à 15 h, on ajoute afin de constituer le mélange B:In parallel, in a second flask, 10 g of spermidine (69 mmol) are introduced. After drying under vacuum for 13 to 15 h, the following are added in order to constitute mixture B:
5 ml de dichloromethane anhydre, et5 ml of anhydrous dichloromethane, and
5 ml de diisopropyléthylamine (40 mmoles) (DIPEA, Applied Biosystem, St Quentin, France; référence 400136).5 ml of diisopropylethylamine (40 mmol) (DIPEA, Applied Biosystem, St Quentin, France; reference 400136).
Le mélange B est également placé sous atmosphère argon.Mixture B is also placed under an argon atmosphere.
Le mélange A est ajouté lentement dans le mélange B par l'intermédiaire d'un capillaire de 100 μm de diamètre, à raison d'environ 1 ml par min, à -20°C et sous agitation. On indique que le mélange A est relié par le même type de capillaire à un ballon connexe contenant 20 ml de dichloromethane anhydre place à une hauteur donnée qui définit le débit de passage de A dans B.The mixture A is added slowly to the mixture B via a capillary of 100 μm in diameter, at a rate of approximately 1 ml per min, at -20 ° C. and with stirring. It is indicated that the mixture A is connected by the same type of capillary to a connected balloon containing 20 ml of anhydrous dichloromethane placed at a given height which defines the flow rate of passage from A to B.
La préparation ainsi obtenue est tout d'abord lyophilisée à -80°C pour évaporer le solvant et le DIPEA. Le lyophilisât est repris dans environ 50 ml de dichloromethane, puis est extrait par un même volume d'eau. Après séparation des phases, on récupère la fraction dichloromethane qui est soumise à plusieurs extractions supplémentaires (en général 5 ) dans les conditions précitées. Les aminés libres qui sont extrêmement hydrophiles passent dans la phase acqueuse. La fraction dichloromethane est recueillie puis séchée. Enfin, la qualité du produit peut être améliorée par deux étapes successives de cristallisation dans du méthanol. La première réalisée dans un volume de 120 ml, permet de cristalliser les produits les plus hydrophobes comme le cholestérol et les dérivés aminés polysubstitués. La seconde cristallisation est effectuée sur le surnageant de la première préalablement concentré à 10 ml par evaporation à 65°C. Les aminés monosubstituées sont récupérées dans le recristallisat à -20°C. A titre indicatif, on obtient 1 à 1,5 g de spermidine-cholestérol dans ces conditions ( 1,8 à 2,7 mmoles).The preparation thus obtained is first lyophilized at -80 ° C to evaporate the solvent and the DIPEA. The lyophilisate is taken up in approximately 50 ml of dichloromethane, then is extracted with the same volume of water. After separation of the phases, the dichloromethane fraction is recovered which is subjected to several additional extractions (in general 5) under the aforementioned conditions. The free amines which are extremely hydrophilic pass into the aqueous phase. The dichloromethane fraction is collected and then dried. Finally, the quality of the product can be improved by two successive stages of crystallization from methanol. The first carried out in a volume of 120 ml, makes it possible to crystallize the most hydrophobic products such as cholesterol and polysubstituted amino derivatives. The second crystallization is carried out on the supernatant of the first previously concentrated to 10 ml by evaporation at 65 ° C. The monosubstituted amines are recovered in the recrystallisate at -20 ° C. As an indication, 1 to 1.5 g of spermidine-cholesterol are obtained under these conditions (1.8 to 2.7 mmol).
Il est bien entendu possible de procéder à la suite de cristallisations à des extractions supplémentaires dans le mélange eau/dichlorométhane (volume à volume) pour améliorer encore la pureté du produit.It is of course possible to carry out, following crystallizations, additional extractions in the water / dichloromethane mixture (volume to volume) to further improve the purity of the product.
2. Synthèse et purification du composé spermine-cholestérol2. Synthesis and purification of the spermine-cholesterol compound
Le procédé mis en oeuvre est similaire à celui décrit précédemment mis à part les modifications suivantes:The process used is similar to that described above except for the following modifications:
Le mélange A est formé par addition de 2,09 g de cholestéryl chloroformate (4,65 mmoles) placés dans 15 ml de dichloromethane anhydre et 0,6 g de NHS (5,58 mmoles) repris dans 5 ml de dioxane.Mixture A is formed by adding 2.09 g of cholesteryl chloroformate (4.65 mmol) placed in 15 ml of anhydrous dichloromethane and 0.6 g of NHS (5.58 mmol) taken up in 5 ml of dioxane.
Le mélange B résulte de la réaction de:Mixture B results from the reaction of:
- 17,7 g de spermine ( 87,5 mmoles; Sigma, référence S-3256) préalablement séchés sous vide, et- 17.7 g of spermine (87.5 mmol; Sigma, reference S-3256) previously dried under vacuum, and
- 5 ml de dichloromethane anhydre, et- 5 ml of anhydrous dichloromethane, and
- 5 ml de DIPEA (40 mmoles).- 5 ml of DIPEA (40 mmol).
En ce qui concerne les rendements, ce procédé permet de générer 0,5 à 1 g de produit (0,8 à 1,6 mmoles). 3. Ca r a ct ér is ati on de s p r é pa r a ti o n s li pi di q u es spermidine-cholestérol et spermine-cholestérol.With regard to the yields, this process makes it possible to generate 0.5 to 1 g of product (0.8 to 1.6 mmol). 3. Ca ra ct er is ati on of spe pa ra ti ons linked to spermidine-cholesterol and spermine-cholesterol.
3.1 Par chromatographie en couche mince3.1 By thin layer chromatography
L'analyse par chromatographie en couche mince est effectuée après chaque étape clé du protocole de purification pour déterminer rapidement la contamination du produit de synthèse par les constituants de base. On applique les techniques conventionnelles (E. Stahl, Dunnschicht- Chromatographie, ein Laboratoriumshandbuch, 2 éd., Spinger-Verlag Berlin, Germany, 1967).Analysis by thin layer chromatography is carried out after each key step of the purification protocol to rapidly determine the contamination of the synthetic product by the basic constituents. Conventional techniques are applied (E. Stahl, Dunnschicht-Chromatographie, ein Laboratoriumshandbuch, 2 ed., Spinger-Verlag Berlin, Germany, 1967).
Brièvement, une aliquote est déposée sur une plaque de silice sur verre, laquelle est placée dans le solvant de migration N-propanol / ammoniaque 32 % (dans l'eau) / eau (6/3/1 en volume). Les différents constituants sont visualisés par l'acide sulfurique qui révèle toutes les molécules contenant du cholestérol ou par la ninhydrine 0, 1 % dans l'éthanol qui révèle uniquement les produits aminés.Briefly, an aliquot is deposited on a silica plate on glass, which is placed in the migration solvent N-propanol / ammonia 32% (in water) / water (6/3/1 by volume). The various constituents are visualized by sulfuric acid which reveals all the molecules containing cholesterol or by ninhydrin 0, 1% in ethanol which reveals only the amino products.
La séparation est fonction de l'hydrophobicité, les produits les plus hydrophobes migrant le plus rapidement. La spermine et la spermidine libres sont détectées dans les phases aqueuses récoltées lors des extractions eau/dichlorométhane alors que la dernière phase dichloromethane contient majoritairement l 'aminé substituée par le cholestérol. La rétention frontale (Rf) caractéristique de chaque produit est de 0,71 et 0,68 pour la spermidine mono-cholestérol et la spermine monocholestérol.The separation is a function of hydrophobicity, the most hydrophobic products migrating most rapidly. Free spermine and spermidine are detected in the aqueous phases collected during water / dichloromethane extractions, while the last dichloromethane phase mainly contains the amino substituted by cholesterol. The frontal retention (Rf) characteristic of each product is 0.71 and 0.68 for spermidine mono-cholesterol and spermine monocholesterol.
3.2 Par chromatographie liquide haute performance en phase inverse3.2 By high performance liquid chromatography in reverse phase
La qualité de la préparation lipidique peut également être suivie par HPLC (pour High Performance Liquid Chromatography en anglais) en conditions analytiques très particulières. On applique un gradient eau/isopropanol en présence d'acide trifluoroacétique (TFA) 0, 1 % dans les conditions expérimentales suivantes : colonne : supelcosil LC-ABZ 15 cm x 4,6 mm (Supelco ; 5-9140) durée d'analyse : 35 minutes débit : 0,5 ml/minute injection : 10 à 100 μg dans 100 μl de solvant aux conditions initiales (80 % A 20 % B)/ : gradient A = eau + 0, 1 % acide trifluoroacétique gradient B = isopropanol (qualité HPLC 205 ) + 0, 1 % acide trifluoroacétiqueThe quality of the lipid preparation can also be monitored by HPLC (for High Performance Liquid Chromatography in English) under very specific analytical conditions. A water / isopropanol gradient is applied in the presence of 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) under the following experimental conditions: column: supelcosil LC-ABZ 15 cm x 4.6 mm (Supelco; 5-9140) analysis time: 35 minutes flow rate: 0.5 ml / minute injection: 10 to 100 μg in 100 μl of solvent at initial conditions ( 80% A 20% B) /: gradient A = water + 0.1% trifluoroacetic acid gradient B = isopropanol (HPLC 205 quality) + 0.1% trifluoroacetic acid
- conditions initiales : 80 % A 20 % B- initial conditions: 80% A 20% B
- 6 minutes : 60 % A 40 % B- 6 minutes: 60% A 40% B
- 20 minutes : 0% A 100 % B- 20 minutes: 0% A 100% B
- 30 minutes : 0% A 100 % B - 32 minutes : 80 % A 20 % B- 30 minutes: 0% A 100% B - 32 minutes: 80% A 20% B
détection : absorbance à 205 nm.detection: absorbance at 205 nm.
D'une manière générale, les différents constituants sont séparés selon leur hydrophobicité: la spermine et la spermidine libres ne sont pas retenues alors que les molécules hydrophobes le sont. Les dérivés monosubtitués sont élues en premier avant les dérivés polysubstitués.In general, the different constituents are separated according to their hydrophobicity: the free spermine and spermidine are not retained while the hydrophobic molecules are. The monosubstituted derivatives are eluted first before the polysubstituted derivatives.
La Figure 1 présente le profil HPLC typique obtenu sur la phase dichloromethane générée lors de la syn thèse du composé spermidine-cholestérol. Les résultats montrent que la préparation testée comporte en grande majorité la spermidine mono-cholestérol recherchée (temps de rétention 15 à 18 min). Les dérivés polysubstitués sont également présents (22 à 28 min) mais seront éliminés lors des étapes ultérieures de cristallisation. Une technique d'analyse indirecte de la fraction non retenue permet d'estimer la quantité de spermidine libre contaminant la préparation. Pour ce faire, les premières fractions récoltées sont déposées sur une plaque de chromatographie en couche mince, révélées par de la ninhydrine et comparées à une gamme de concentration établie à partir de spermidine commerciale. Si la contamination est supérieure à 1 %, une ou plusieurs étapes supplémentaires d'extraction au dichloromethane sont introduites dans le protocole de purification.Figure 1 shows the typical HPLC profile obtained on the dichloromethane phase generated during the synthesis of the spermidine-cholesterol compound. The results show that the preparation tested largely comprises the spermidine mono-cholesterol sought (retention time 15 to 18 min). The polysubstituted derivatives are also present (22 to 28 min) but will be eliminated during the subsequent crystallization stages. An indirect analysis technique of the non-retained fraction makes it possible to estimate the amount of free spermidine contaminating the preparation. To do this, the first harvested fractions are deposited on a thin layer chromatography plate, revealed by ninhydrin and compared to a concentration range established from commercial spermidine. If the contamination is greater than 1%, one or more additional dichloromethane extraction steps are introduced in the purification protocol.
On procède de même pour analyser les préparations de spermine-cholestérol.The same is done to analyze the spermine-cholesterol preparations.
4. Purification et caractérisation des isomères monocholestérol à partir des préparations lipidiques.4. Purification and characterization of the monocholesterol isomers from lipid preparations.
4.1 Purification des isomères par HPLC semi-préparative Les différents isomères monosubstitués ont une hydrophobicité très proche et présentent un temps de rétention voisin dans les conditions appliquées précédemment. Il faut donc définir de nouvelles conditions qui favorisent leur séparation pour pouvoir les caractériser et étudier leur efficacité transfectionnelle respective. Dans ce but, plusieurs centaines de μg de préparations lipidiques ont été déposés sur une colonne HPLC supelcosil LC-ABZ 25 cm x 10 mm (Supelco; référence 5-9170) et élues en gradient eau/acétonitrile en présence de TFA 0, 1 %. Les modalités expérimentales pour réaliser les chromatogrames des Figures 2 et 3 qui illustrent l'isolement des isomères de spermine et spermidine mono-cholestérol respectivement sont les suivantes :4.1 Purification of the isomers by semi-preparative HPLC The various monosubstituted isomers have very close hydrophobicity and exhibit a similar retention time under the conditions applied previously. New conditions must therefore be defined which favor their separation in order to be able to characterize them and study their respective transfectional efficiency. For this purpose, several hundred μg of lipid preparations were deposited on a 25 cm × 10 mm supelcosil LC-ABZ HPLC column (Supelco; reference 5-9170) and eluted in a water / acetonitrile gradient in the presence of 0.1% TFA . The experimental procedures for performing the chromatograms of Figures 2 and 3 which illustrate the isolation of the isomers of spermine and spermidine mono-cholesterol respectively are as follows:
Figure 2 (Spermidine - monocholestérol)Figure 2 (Spermidine - monocholesterol)
colonne : supelcosil LC-ABZ 25 cm x 10 mm (Supelco ; 5-9170) ; durée d'analyse : 12 minutes ; débit : 5 ml/minute ; injection : ~ 100 μg dans 100 μl de solvant aux conditions initiales (70 % A 30 % B) : gradient A = eau + 0, 1 % acide trifluoroacétique gradient B = acétonitrile (qualité HPLC 205 ) + 0, 1 % acide trifluoroacétique 9?column: supelcosil LC-ABZ 25 cm x 10 mm (Supelco; 5-9170); analysis time: 12 minutes; flow rate: 5 ml / minute; injection: ~ 100 μg in 100 μl of solvent at initial conditions (70% A 30% B): gradient A = water + 0.1% trifluoroacetic acid gradient B = acetonitrile (HPLC quality 205) + 0.1% trifluoroacetic acid 9?
- conditions initiales : 70%A30%B - 1,5 minutes: 65%A35%B -2 minutes: 33%A67%B - 11 minutes: 28%A72%B- initial conditions: 70% A30% B - 1.5 minutes: 65% A35% B -2 minutes: 33% A67% B - 11 minutes: 28% A72% B
- 11,5 minutes: 70%A30%B- 11.5 minutes: 70% A30% B
détection : absorbance à 205 nmdetection: absorbance at 205 nm
Figure 3 (Spermine - monocholestérol) :Figure 3 (Spermine - monocholesterol):
colonne : supelcosil LC-ABZ 25 cm x 10 mm (Supelco : 5-9170) ; durée d'analyse : 9 minutes ; débit : 5 ml/minute ; injection : ~ 500 μg dans 100 μl de solvant aux conditions initiales (65%A35%B): gradient A = eau + 0,1 % acide trifluoroacétique gradient B = acétonitrile (qualité HPLC 205) + 0,1 % acide trifluoroacétiquecolumn: supelcosil LC-ABZ 25 cm x 10 mm (Supelco: 5-9170); analysis time: 9 minutes; flow rate: 5 ml / minute; injection: ~ 500 μg in 100 μl of solvent at initial conditions (65% A35% B): gradient A = water + 0.1% trifluoroacetic acid gradient B = acetonitrile (quality HPLC 205) + 0.1% trifluoroacetic acid
- conditions initiales : 65%A35%B- initial conditions: 65% A35% B
- 0,2 minute : 65 % A 35 % B- 0.2 minute: 65% A 35% B
- 1 minute : 39% A 61 %B -8,5 minutes: 34%A66%B- 1 minute: 39% A 61% B -8.5 minutes: 34% A66% B
- 8,8 minutes : 65%A35%B- 8.8 minutes: 65% A35% B
. détection : absorbance à 205 nm. detection: absorbance at 205 nm
Le chromatogramme (Figure 2) montre 3 pics de spermidine-cholestérol: un premier pic bien isolé (pic 1 migrant à 7,2 min) et deux pics moins proches (pics 2 et 3 migrant respectivement à 9,6 min et 10,6 min). Eventuellement, une réinjection des fractions recouvrant ces derniers permet de réduire la contamination de l'un par l'autre. L'analyse HPLC de la préparation de spermine-cholestérol (Figure 3) produit deux pics bien séparés sortant à 4,9 min et 7 min.The chromatogram (Figure 2) shows 3 peaks of spermidine-cholesterol: a first well isolated peak (peak 1 migrating at 7.2 min) and two less close peaks (peaks 2 and 3 migrating at 9.6 min and 10.6 respectively min). Optionally, reinjection of the fractions covering the latter makes it possible to reduce the contamination of one by the other. HPLC analysis of the spermine-cholesterol preparation (Figure 3) produces two well separated peaks exiting at 4.9 min and 7 min.
4.2 Caractérisation de la masse des isomères par spectrométrie de masse à ionisation-electrospray (ESI-MS)4.2 Characterization of the mass of isomers by ionization-electrospray mass spectrometry (ESI-MS)
Les fractions HPLC recouvrant chacun des pics ont été rassemblées et analysées par spectrométrie de masse (Edmonds et Smith, Hectrospray ionization mass spectrometry, in Methods in Enzymology, Vol 193, pp 412-432; éd. McCloskey, Académie Press, San Diego, USA, 1990).The HPLC fractions covering each of the peaks were pooled and analyzed by mass spectrometry (Edmonds and Smith, Hectrospray ionization mass spectrometry, in Methods in Enzymology, Vol 193, pp 412-432; ed. McCloskey, Académie Press, San Diego, USA , 1990).
Les 3 pics de spermidine-cholestérol comportent des produits de masse moléculaire d'environ 558 Da qui concorde avec celle attendue pour un produit monosubstitué (masse calculée: 557,84 Da). Ces données confirment la production lors de la synthèse chimique, des trois isomères par attachement du groupement cholestérol sur l'une des trois aminés de la spermidine.The 3 peaks of spermidine-cholesterol contain products with a molecular mass of approximately 558 Da which is consistent with that expected for a monosubstituted product (calculated mass: 557.84 Da). These data confirm the production during chemical synthesis of the three isomers by attachment of the cholesterol group to one of the three amines of spermidine.
De même, les fractions HPLC recueillies à partir de la préparation lipidique de spermine-cholestérol renferment des produits d'une masse moléculaire de 615 Da environ correspondant à celle attendue pour la spermine substituée par une molécule de cholestérol ( masse calculée 614,96 Da). Du fait de la symétrie de la spermine, seuls deux isomères peuvent être produits selon la fixation du cholestérol sur une amine primaire ou secondaire.Similarly, the HPLC fractions collected from the lipid preparation of spermine-cholesterol contain products with a molecular mass of approximately 615 Da corresponding to that expected for spermine substituted by a cholesterol molecule (calculated mass 614.96 Da) . Due to the symmetry of spermine, only two isomers can be produced depending on the fixation of cholesterol on a primary or secondary amine.
4.3 Caractérisation des isomères par RMN au 13C4.3 Characterization of the isomers by 13 C NMR
Les fractions HPLC semi-préparatives sont extraites dans un mélange dichloromethane soude 20 mM dans le but de déprotoner les aminés avant d'être soumises à la RMN au 13C (Gunther, NMR Spectroscopy,The semi-preparative HPLC fractions are extracted into a 20 mM sodium dichloromethane mixture in order to deprotonate the amines before being subjected to 13C NMR (Gunther, NMR Spectroscopy,
2ed., Wiley, Chichester, UK, 1995; Kimberley et Goldstein, 1981, Anal. Chem.2ed., Wiley, Chichester, UK, 1995; Kimberley and Goldstein, 1981, Anal. Chem.
53, 789-793; Dagnall et al., 1984, J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 435-440). 7/29118 PCÏ7FR97/0022553, 789-793; Dagnall et al., 1984, J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 435-440). 7/29118 PCÏ7FR97 / 00225
2424
Cette analyse permet de déterminer sur quel type d'aminé, primaire ou secondaire, est fixé le groupement cholestérol. Elle est réalisée en parallèle avec des standards spermine, spermidine et cholestérol et les spectres obtenus avec les molécules à tester et les standards sont comparés. Le déplacement des signaux par rapport aux standards indique un changement de l'environnement chimique dépendant du site de fixation du cholestérol.This analysis makes it possible to determine which type of amine, primary or secondary, the cholesterol group is attached to. It is carried out in parallel with spermine, spermidine and cholesterol standards and the spectra obtained with the molecules to be tested and the standards are compared. The displacement of the signals compared to the standards indicates a change in the chemical environment depending on the cholesterol binding site.
En ce qui concerne le composé spermine-cholestérol, le pic 1 visualisé sur le profil HPLC rapporté à la Figure 3, contient l'isomère dans lequel le cholestérol est lié à l'aminé secondaire et le pic 2 à l'aminé primaire. Pour ce qui est de la spermidine-cholestérol, l'isomère substitué sur l'aminé secondaire est détecté dans les fractions recouvrant le pic sortant le plus rapidement (pic 1 de la Figure 2) et les isomères modifiés sur les aminés primaires correspondent aux pics 2 et 3. Ces derniers ont été différentiés par comparaison avec un standard constitué par l'isomère de spermidine-cholestérol obtenu sous forme pure par synthèse chimiqueWith regard to the spermine-cholesterol compound, peak 1 displayed on the HPLC profile reported in Figure 3, contains the isomer in which cholesterol is linked to the secondary amine and peak 2 to the primary amine. As regards spermidine-cholesterol, the substituted isomer on the secondary amine is detected in the fractions covering the most rapidly emerging peak (peak 1 in FIG. 2) and the isomers modified on the primary amines correspond to the peaks 2 and 3. The latter were differentiated by comparison with a standard constituted by the spermidine-cholesterol isomer obtained in pure form by chemical synthesis
(voir 5. 1 ). Le pic 2 correspond à l'isomère synthétique dans lequel le cholestérol est fixé sur l'aminé primaire du bras court (CH2 )3 de la spermidine et le pic 3 à celui modifié sur le bras long (CH2)4.(see 5. 1). Peak 2 corresponds to the synthetic isomer in which cholesterol is fixed on the primary amine of the short arm (CH 2 ) 3 of spermidine and peak 3 to that modified on the long arm (CH 2 ) 4 .
Exemple 5: Préparation d'isomère par voie synthétiqueExample 5 Preparation of Isomer Synthetically
5.1 Synthèse de l'isomère de spermidine-cholestérol substitué au niveau de l'aminé primaire du bras court.5.1 Synthesis of the substituted spermidine-cholesterol isomer at the level of the primary amine of the short arm.
Les principales étapes sont représentées dans la Figure 4:The main steps are shown in Figure 4:
1 ) synthèse d'un produit intermédiaire avec deux intermédiaires possibles selon le site d'addition de la partie acrylonitrile ;1) synthesis of an intermediate product with two possible intermediates according to the site of addition of the acrylonitrile part;
2) protection des aminés par un groupement protecteur Boc (Boc ≈ tert-butyloxycarbonyl) ;2) protection of the amines by a protective group Boc (Boc ≈ tert-butyloxycarbonyl);
3) réduction catalytique du nitrile terminal ;3) catalytic reduction of the terminal nitrile;
4) réaction avec le cholestérylchloroformate, et 5) déprotection des aminés par le TFA. Le protocole appliqué pour obtenir le 1 ,4-Diboc-spermidine est publié par Goodnow et al. ( 1990, Tetrahedron 46, 3267-3286) à la différence près que l'étape de purification des intermédiaires est omise. 50 mg ( 177μmoles) sont repris dans 3ml de dichloromethane anhydre et 40μl (417 μmoles) de diisopropyléthylamine puis refroidis à 0°C. La réaction est démarrée par addition lentement de 90 mg (200 μmoles) de cholestérylchloroformate placés dans 3 ml de dichloromethane anhydre. On vérifie au bout d'une heure que la réaction est complète par chromatographie en couche mince. La déprotection des aminés est effectuée par addition de 300 μl TFA (concentration finale de 4,7 %). Le mélange réactionnel est laissé à température ambiante toute la nuit.4) reaction with cholesteryl chloroformate, and 5) deprotection of amines by TFA. The protocol applied to obtain 1, 4-Diboc-spermidine is published by Goodnow et al. (1990, Tetrahedron 46, 3267-3286) with the difference that the step of purifying the intermediates is omitted. 50 mg (177 μmoles) are taken up in 3 ml of anhydrous dichloromethane and 40 μl (417 μmoles) of diisopropylethylamine then cooled to 0 ° C. The reaction is started by slowly adding 90 mg (200 μmol) of cholesterylchloroformate placed in 3 ml of anhydrous dichloromethane. It is checked after one hour that the reaction is complete by thin layer chromatography. The deprotection of the amines is carried out by adding 300 μl TFA (final concentration of 4.7%). The reaction mixture is left at room temperature overnight.
Le produit de synthèse est purifié par chromatographie sur gel de silice (5 g de gel pour une colonne de 2 cm de diamètre et 3,5 cm de hauteur) en utilisant un mélange dichloromethane/ éthanol (77/23) pour charger la colonne et dichlorornéthane/méthanol/triéthylamine ( 15/5/1 ) pour l'élution. L'isomère est caractérisé par HPLC en phase réverse et par chromatographie en couche mince. Comme l'illustre la Figure 5, le produit synthétique présente une Rf de 0,72 caractéristique de la spermidine-cholestérol (migration identique à l'isomère du pic 2).The synthesis product is purified by chromatography on silica gel (5 g of gel for a column 2 cm in diameter and 3.5 cm in height) using a dichloromethane / ethanol mixture (77/23) to load the column and dichlorornethane / methanol / triethylamine (15/5/1) for the elution. The isomer is characterized by reverse phase HPLC and by thin layer chromatography. As illustrated in FIG. 5, the synthetic product has an Rf of 0.72 characteristic of spermidine-cholesterol (migration identical to the isomer of peak 2).
5.2 Synthèse de l'isomère de spermine-cholestérol substitué au niveau de l'aminé primaire.5.2 Synthesis of the isomer of spermine-cholesterol substituted at the level of the primary amine.
Le protocole de synthèse est représenté schématiquement à laThe synthesis protocol is shown schematically in the
Figure 6. L'intermédiaire N-N' dipropionitrile 1 ,4 diamino butane est formé par réaction de 2 moles d'acrylonitrile et 1 mole de 1 ,4 diaminobutane. En pratique, on ajoute sous agitation (i) 75,2 mmoles d'acrylonitrile (Fluka; référence 01710) à 0°C à (ii) 37,6 mmoles de 1 ,4 diaminobutane (Fluka; référence 32790) reprises dans 2ml de méthanol et 3 , 8 ml de dichloromethane à 0°C. Après retour à la température ambiante, on ajoute au mélange 99 mmoles de Boc-On (2-Boc-oxyimino)-2-phénylacétonitrile) ( Flu ka; référence 1 5475 ) suspend ues dans u n mél an ge dichlorométhane/méthanol ( 1/3 ). Le groupement Boc se fixe sur les aminés libres en l'occurence les aminés secondaires. Le produit "protégé" (dipropionitrile di-Boc 1,4 diamino butane) est soumis à différents cycles d'évaporation et extractions pour éliminer les solvants et produits contaminants. Puis, on procède à l'étape de réduction des nitriles en présence de 140 mmoles de UAIH4 (Sigma; LO260) reprises dans de l'éther en contrôlant la température (0βC). Lorsqu'on estime que la réduction est complète (par chromatographie en couche mince), la réaction est arrêtée par addition de soude. Le mélange est filtré, on récupère la fraction ethérée et les sous produits réactionnels sont éliminés par plusieurs extractions avec une solution aqueuse de NaCl 20 %.Figure 6. The intermediate NN 'dipropionitrile 1, 4 diamino butane is formed by reaction of 2 moles of acrylonitrile and 1 mole of 1, 4 diaminobutane. In practice, 75.2 mmol of acrylonitrile (Fluka; reference 01710) are added with stirring (i) at 0 ° C. to (ii) 37.6 mmol of 1,4 diaminobutane (Fluka; reference 32790) taken up in 2 ml of methanol and 3.8 ml of dichloromethane at 0 ° C. After returning to ambient temperature, 99 mmol of Boc-On (2-Boc-oxyimino) -2-phenylacetonitrile) (Flu ka; reference 1 5475) suspended in a mixture are added to the mixture. dichloromethane / methanol (1/3). The Boc group is fixed on the free amines in this case the secondary amines. The "protected" product (dipropionitrile di-Boc 1,4 diamino butane) is subjected to different cycles of evaporation and extractions to remove the solvents and contaminating products. Then, the nitrile reduction step is carried out in the presence of 140 mmol of UAIH4 (Sigma; LO260) taken up in ether by controlling the temperature (0 β C). When the reduction is considered to be complete (by thin layer chromatography), the reaction is stopped by adding sodium hydroxide. The mixture is filtered, the ethereal fraction is recovered and the reaction by-products are eliminated by several extractions with a 20% aqueous NaCl solution.
Le produit est purifié par chromatographie sur gel de silice (5 g de silice pour 1 g de produit dans 10 ml de solvant d'équilibration). La silice contenant le produit adsorbé est appliquée sur une colonne de 2 cm de diamètre et 23 cm de hauteur chargée avec 25 g de gel. Le solvant d'équilibration est constitué par le mélange dichlorométhane/éthanol ( 2 / 1 ) e t l e t a m p o n d ' é l u t i o n p a r d u dichlorométhane/méthanol/triéthylamine ( 15/5/1 ). On détermine par chromatographie en couche mince les fractions contenant la spermine-diboc sur lesquelles on fait réagir le cholestérylchloroformate ( 1 ,48 m moles de spermine diboc pour 492 μ moles de cholestérylchloroformate). Le mélange réactionnel est lyophilisé, suspendu dans du dichloromethane, puis déprotégé en présence de TFA 5 % et enfin purifié sur chromatographie en gel de silice dans les mêmes conditions que ci-dessus mis à part que la colonne utilisée est plus résolutive. L'isomère N i spermine-cholestérol est caractérisé par HPLC analytique et chromatographie en couche mince. La rétention frontale du produit synthétique est caractéristique de la spermine-cholestérol (Figure 5) constituée ici de l'isomère du pic 2. Exemple 6: Transfert d'acide nucléique in vitroThe product is purified by chromatography on silica gel (5 g of silica for 1 g of product in 10 ml of equilibration solvent). The silica containing the adsorbed product is applied to a column 2 cm in diameter and 23 cm in height loaded with 25 g of gel. The equilibration solvent consists of the mixture of dichloromethane / ethanol (2/1) and the eluting buffer of dichloromethane / methanol / triethylamine (5/15/1). The fractions containing spermine-diboc on which cholesterylchloroformate is reacted are determined by thin layer chromatography (1.48 moles of spermine diboc for 492 μmoles of cholesterylchloroformate). The reaction mixture is lyophilized, suspended in dichloromethane, then deprotected in the presence of 5% TFA and finally purified on silica gel chromatography under the same conditions as above except that the column used is more resolving. The N i spermine-cholesterol isomer is characterized by analytical HPLC and thin layer chromatography. The frontal retention of the synthetic product is characteristic of the spermine-cholesterol (Figure 5) constituted here of the isomer of peak 2. Example 6 Transfer of Nucleic Acid In Vitro
6.1 Plasmides6.1 Plasmids
Le plasmide reporter pCH UON est utilisé pour évaluer l'efficacité transfectionnelle des composés de l'invention. Il comporte le bloc promoteur/enhancer précoce du virus SV40 (Simien Virus) dirigeant l'expression du gène LacZ codant pour la β-galactosidase d'Escherichia coli munie en N-terminal d'un signal de localisation nucléaire issu de SV40. Mais tout autre plasmide peut également être utilisé. On peut citer par exemple un plasmide exprimant (i) un gène de résistance à un antibiotique, (ii) un gène luciférase ou (iii) un gène facilement détectable. De tels plasmides sont connus dans le domaine de l'art. Toutes les expériences sont réalisées en parallèle avec le DC-Chol à titre de contrôle de transfection et, lorsque cela est indiqué, on inclut également le transfectam et la Lipofectin. Le DC-Chol est obtenu par synthèse chimique à une échelle de 20 g selon le procédé décrit dans Gao et al. ( 1991, BBRC 179, 280-285 ) . Le Transfectam et la Lipofectin sont disponibles commercialement (Sepracor, MA, USA; 26395 1 et Gibco BRL, MD, USA; 18292.01 1 respectivement). Afin d'accroître les efficacités de transfection, les lipides cationiques peuvent être associés à un colipide. Le colipide retenu est le DOPE (Sigma, P5078) qui est largement utilisé dans l'état de la technique.The reporter plasmid pCH UON is used to evaluate the transfection efficiency of the compounds of the invention. It includes the promoter / early enhancer block of the SV40 virus (Simien Virus) directing the expression of the LacZ gene coding for the β-galactosidase of Escherichia coli provided in N-terminal with a nuclear localization signal originating from SV40. But any other plasmid can also be used. Mention may be made, for example, of a plasmid expressing (i) a gene for resistance to an antibiotic, (ii) a luciferase gene or (iii) a gene which is easily detectable. Such plasmids are known in the art. All the experiments are carried out in parallel with DC-Chol as a transfection control and, when indicated, transfectam and Lipofectin are also included. DC-Chol is obtained by chemical synthesis on a scale of 20 g according to the process described in Gao et al. (1991, BBRC 179, 280-285). Transfectam and Lipofectin are commercially available (Sepracor, MA, USA; 26395 1 and Gibco BRL, MD, USA; 18292.01 1 respectively). In order to increase the transfection efficiency, the cationic lipids can be combined with a colipid. The colipid used is DOPE (Sigma, P5078) which is widely used in the state of the art.
6.2 Détermination du ratio optimal lipide sur colipide ( DOPE)6.2 Determination of the optimal lipid to colipid ratio (DOPE)
Les transfections sont réalisées en plaques de 96 puits (Falcon) ensemencés chacun avec 2xl04 à 4xl04 cellules A549 (ATCC CCL 185) dérivées d'un carcinome pulmonaire humain. La culture est laissée une nuit à 37°C dans un milieu conventionnel additionné de sérum de veau foetal ( FCS) à une concentration finale de 10%. Dans un premier temps, le lipide cationique est mélangé à une quantité variable de DOPE pour évaluer l'effet de celui-ci sur les efficacités de transfection. 500 μg de spermine-cholestérol ou spermidine-cholestérol sont dissous dans 50 à 100 μl de dichloromethane, placés dans un tube en verre stérile et mis en présence d'une quantité variable de DOPE repris dans 50 à 100 μl de chloroforme (voir tableau ci-après).The transfections are carried out in 96-well plates (Falcon) each seeded with 2 × 10 4 to 4 × 10 4 A549 cells (ATCC CCL 185) derived from a human lung carcinoma. The culture is left overnight at 37 ° C. in a conventional medium supplemented with fetal calf serum (FCS) at a final concentration of 10%. First, the cationic lipid is mixed with a variable amount of DOPE to evaluate the effect of this on transfection efficiencies. 500 μg of spermine-cholesterol or spermidine-cholesterol are dissolved in 50 to 100 μl of dichloromethane, placed in a sterile glass tube and placed in the presence of a variable amount of DOPE taken up in 50 to 100 μl of chloroform (see table below) -after).
spermine-cholestérol spermidine-cholestérolspermine-cholesterol spermidine-cholesterol
Ratio DOPE lipide Ratio DOPE lipideLipid DOPE Ratio Lipid DOPE Ratio
(M) (μg) (μg) (M) (μg) (μg)(M) (μg) (μg) (M) (μg) (μg)
1:0,5 290 500 1:0,5 334 5001: 0.5 290 500 1: 0.5 334 500
1:0,86 500 500 1:0,74 500 5001: 0.86 500 500 1: 0.74 500 500
1:1 580 500 1:1 668 5001: 1,580,500 1: 1,668,500
1:2 1160 500 1:2 1336 5001: 2 1160 500 1: 2 1336 500
1:4 2320 500 1:4 2672 5001: 4 2320 500 1: 4 2672 500
Le mélange est séché sous flux d'azote. On ajoute 1 ml de NaCl à 0,9 % et l'ensemble est laissé une nuit à 4°C avant d'être soniqué 3 à 5 min jusqu'à l'obtention d'une solution laiteuse à translucide. Le mélange lipidique est stocké à 4°C jusqu'à utilisation. On préparc des dilutions en séries (de 2 en 2) de la solution de plasmide et du mélange lipidique. Une large gamme de complexes lipide/ADN est formée par transfert d'un volume donné de dilutions d'ADN dans un volume identique de dilutions lipidiques.The mixture is dried under a stream of nitrogen. 1 ml of 0.9% NaCl is added and the whole is left overnight at 4 ° C. before being sonicated for 3 to 5 min until a milky to translucent solution is obtained. The lipid mixture is stored at 4 ° C until use. Dilutions in series (2 in 2) of the plasmid solution and the lipid mixture are prepared. A wide range of lipid / DNA complexes is formed by transferring a given volume of DNA dilutions into an identical volume of lipid dilutions.
Après avoir aspiré le milieu de culture, les cellules sont mises en présence de 100 μl des complexes précédents et incubées en atmosphère humide à 37°C, 5 à 10% C02. Le milieu est ajouté en deux temps: 50 μl de milieu comportant 30 % de FCS 4 à 6 h après la transfection puis 100 μl à 10% FCS 24 h après. Les deux dernières colonnes sont généralement réservées aux témoins et à la gamme étalon. L'activité β-galactosidase est révélée, 48 h post-transfection, après lyse des cellules par addition de 50 μl de tampon de lyse (0, 1% Triton X-100, 250 mM Tris-HCI pH8). On ajoute 50 μl de tampon PBS comprenant 0,5 % de BSA ( Bovine Sérum Albumin). La gamme étalon est constituée par des dilutions en série d'un standard de β-galactosidase ( Boehringer Mannheim; référence 567 779) préparées dans le même tampon PBS-BSA. A titre indicatif, la gamme s'étend de 50 à 0,39 ng/ml. Enfin, on ajoute 150 μl de substrat ONPG (OrthoNitroPhénol Galactopyrannoside Sigma : référence NI 127) à une concentration de 2 mg/ml dans du PBS, 0,5 % BSA. L'absorbance est mesurée à 405 nm dans un lecteur Elisa après 30 min, 4 h ou 24 h d'incubation.After aspirating the culture medium, the cells are placed in the presence of 100 μl of the above complexes and incubated in a humid atmosphere at 37 ° C., 5 to 10% CO 2 . The medium is added in two stages: 50 μl of medium comprising 30% FCS 4 to 6 h after transfection and then 100 μl to 10% FCS 24 h after. The last two columns are generally reserved for witnesses and the standard range. The β-galactosidase activity is revealed, 48 h post-transfection, after lysis of the cells by addition of 50 μl of lysis buffer (0.1% Triton X-100, 250 mM Tris-HCl pH8). 50 μl of PBS buffer comprising 0.5% BSA (Bovine Serum Albumin) is added. The standard range consists of serial dilutions of a β-galactosidase standard (Boehringer Mannheim; reference 567 779) prepared in the same PBS-BSA buffer. As an indication, the range extends from 50 to 0.39 ng / ml. Finally, 150 μl of ONPG substrate (OrthoNitroPhenol Galactopyrannoside Sigma: reference NI 127) are added at a concentration of 2 mg / ml in PBS, 0.5% BSA. The absorbance is measured at 405 nm in an Elisa reader after 30 min, 4 h or 24 h of incubation.
Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque les cellules sont transfectées en condition à peu près équimolaire (lipide/colipide 1 : 1 à 1 :074). Ainsi, dans le cas du mélange spermidine-cholestérol / DOPE à un ratio 1 :0,74 (figure 7), l'activité β-galactosidase est élevée (absorbance atteignant 3 à 3,5) ceci pour une large gamme de concentrations de lipides et d'ADN. Le pouvoir transfectant du mélange selon un ratio 1 :2 est efficace, tout particulièrement dans la gamme à haute concentration en lipides. Quant aux ratio extrêmes ( 1 :0,5 ou encore 1 :4), l'activité de transfection bien que plus faible est encore acceptable.The best results are obtained when the cells are transfected in roughly equimolar conditions (lipid / colipid 1: 1 to 1: 074). Thus, in the case of the spermidine-cholesterol / DOPE mixture at a ratio 1: 0.74 (FIG. 7), the β-galactosidase activity is high (absorbance reaching 3 to 3.5) this for a wide range of concentrations of lipids and DNA. The transfecting power of the mixture in a 1: 2 ratio is effective, especially in the range with high lipid concentration. As for the extreme ratios (1: 0.5 or 1: 4), the transfection activity, although lower, is still acceptable.
Pour ce qui est du mélange spermine-choiestérol/DOPE, on préférera un ratio compris entre 1:0,86 à 1:2 pour lesquels l'efficacité de transfection est la plus élevée pour une gamme de dilutions du mélange lipidique et de l'ADN assez large.As regards the spermine-choiesterol / DOPE mixture, a ratio of between 1: 0.86 and 1: 2 is preferred, for which the transfection efficiency is highest for a range of dilutions of the lipid mixture and of the Fairly large DNA.
6.3 Transfection de lignées établies de cellules musculaires.6.3 Transfection of established muscle cell lines.
Cette série d'expériences est menée en parallèle avec les deux compositions de l'invention, le DC-Chol et le Transfectam sur la lignée C2C 12 (ATCC CRL- 1772) dérivée de myoblastes de souris. Les cellules sont réparties dans des plaques de culture à 6 puits en raison de 5x105 cellules par puit, cultivées une nuit dans les conditions habituelles et transfectées le lendemain par différentes dilutions de complexes lipide/colipide/ADN (ratio lipide cationique/DOPE à peu près équimolaire sauf dans le cas du transfectant qui est utilisé tel quel). Après 48 h de culture, les cellules sont fixées et l'activité enzymatique est révélée par le X-Gal. Les noyaux des cellules transfectées (qui produisent une β-galactosidase nucléaire), apparaissent en bleu et on estime la proportion de cellules colorées. La Figure 8 illustre les résultats obtenus pour chaque composition lipidique. Le nombre de cellules bleues est significativement plus élevé avec les complexes à base de spermine-cholestérol ou spermidine-cholestérol (taux de transfection à peu près équivalent dans les deux cas) qu'avec ceux constitués de DC-Chol. En comparaison, le taux de transfection des complexes à base de Transfectam est très faible.This series of experiments is carried out in parallel with the two compositions of the invention, DC-Chol and Transfectam on the line C2C 12 (ATCC CRL-1772) derived from mouse myoblasts. The cells are distributed in 6-well culture plates due to 5 × 10 5 cells per well, cultivated overnight under the usual conditions and transfected the next day with different dilutions of lipid / colipid / DNA complexes (cationic lipid / DOPE ratio roughly equimolar except in the case of the transfectant which is used as it is). After 48 h of culture, the cells are fixed and the enzymatic activity is revealed by X-Gal. The nuclei of the transfected cells (which produce a nuclear β-galactosidase), appear in blue and the proportion of stained cells is estimated. Figure 8 illustrates the results obtained for each lipid composition. The number of blue cells is significantly higher with the spermine-cholesterol or spermidine-cholesterol complexes (transfection rate roughly equivalent in both cases) than with those consisting of DC-Chol. In comparison, the transfection rate of Transfectam-based complexes is very low.
6.4 Transfection de myoblastes primaires.6.4 Transfection of primary myoblasts.
Les myoblastes sont prélevés de diaphragmes de souris adultes C57 Black 10 ou de cuisses de souris m d.v adultes (4 semaines). Les prélèvements musculaires sont dissociés dans un mélange de dispase et collagcnase et les cellules sont mises en culture dans des plaques de 24 puits et dans du milieu DMEM ou F14 additionné de facteurs de croissance (insuline, FGF, EGF, glutamine) et de sérum de veau à une concentration de 10 %.The myoblasts are taken from the diaphragms of adult C57 Black 10 mice or from the thighs of m d.v adult mice (4 weeks). The muscle samples are dissociated in a mixture of dispase and collagenase and the cells are cultured in 24-well plates and in DMEM or F14 medium supplemented with growth factors (insulin, FGF, EGF, glutamine) and serum. calf at a concentration of 10%.
Les cellules sont transfectées en milieu sans sérum avec 1 ,875 μg de plasmide pCHUON complexé à divers lipides (spermine-cholestérol, spermidine-cholestérol, DC-Chol et Transfectam) en présence de DOPE (rapport lipide/DOPE 1: 1 et rapport ADN/mélange lipidique 1 :4). A titre de comparaison, on constitue également un témoin ADN nu. 4 h après la transfection, la culture est poursuivie dans un milieu supplémenté en sérum. Les myoblastes sont capables de proliférer puis fusionner en structures plurinuclées constituant des fibres musculaires ou myotubes. Les cellules sont fixées au bout de 48 h, traitées aux X-Gal et le nombre de cellules colorées estimé. Les meilleurs taux de transfection sont obtenus avec les complexes à base d e spermine-cholestérol , de spermidine-cholestérol et de Transfectam. Les cellules bleues sont beaucoup plus faibles dans le cas du DC-Chol. L'ADN nu transfecte encore moins bien (moins de 1 % de cellules β-galactosidase positives).The cells are transfected in a serum-free medium with 1.875 μg of plasmid pCHUON complexed with various lipids (spermine-cholesterol, spermidine-cholesterol, DC-Chol and Transfectam) in the presence of DOPE (1: 1 lipid / DOPE ratio and DNA ratio) / lipid mixture 1: 4). By way of comparison, a naked DNA witness is also constituted. 4 h after transfection, the culture is continued in a medium supplemented with serum. Myoblasts are able to proliferate and then merge into multinucleate structures constituting muscle fibers or myotubes. The cells are fixed after 48 h, treated with X-Gal and the estimated number of colored cells. The best transfection rates are obtained with spermine-cholesterol, spermidine-cholesterol and Transfectam complexes. The blue cells are much weaker in the case of DC-Chol. Naked DNA transfects even less well (less than 1% of positive β-galactosidase cells).
Une autre série d'expériences est menée sur des cardiomyocites primaires de muscles cardiaques de souriceaux C57 Black 10 nouveau-nés, avec les mêmes mélanges lipidiques et également la lipofectin/DOPE. La transfection est effectuée après 4 jours de culture dans un milieu classique et l'efficacité de transfection déterminée 2 jours après. Dans ces conditions, le mélange Transfectam/DOPE donne un pourcentage de cellules bleues légèrement plus élevé que ceux à base de spermine-cholestérol et spermidine-cholestérol, mais très supérieur aux mélanges DC-Chol et Lipofectin/DOPE. Comme précédemment, l'ADN nu transfecte très mal.Another series of experiments is carried out on primary cardiomyocites of cardiac muscles of newborn C57 Black 10 mice, with the same lipid mixtures and also lipofectin / DOPE. The transfection is carried out after 4 days of culture in a conventional medium and the transfection efficiency determined 2 days later. Under these conditions, the Transfectam / DOPE mixture gives a percentage of blue cells slightly higher than those based on spermine-cholesterol and spermidine-cholesterol, but much higher than the DC-Chol and Lipofectin / DOPE mixtures. As before, naked DNA transfects very poorly.
6.5 Efficacité transfectionnelle des isomères purifiés par HPLC6.5 Transfectional efficacy of isomers purified by HPLC
a) sur cellules pulmonaires ;a) on lung cells;
Le protocole appliqué est similaire à celui décrit dans le paragraphe 6.2 à la différence près que l'on utilise 500 μg d'isomères purifiés par HPLC semi-préparative à la place de la préparation lipidique. Dans le cas de la spermidine-cholestérol, l'isomère substitué au niveau de l'aminé primaire du bras long de la spermidine (correspondant au pic 3 de la Figure 2) présente la meilleure activité transfectionnelle dans les cellules A549 par rapport aux deux autres isomères (Figure 9) et au mélange, (non montré).The protocol applied is similar to that described in paragraph 6.2 with the difference that 500 μg of isomers purified by semi-preparative HPLC are used in place of the lipid preparation. In the case of spermidine-cholesterol, the substituted isomer at the level of the primary amine of the long arm of spermidine (corresponding to peak 3 in FIG. 2) has the best transfection activity in A549 cells compared to the other two isomers (Figure 9) and to the mixture, (not shown).
Ces expériences sont reproduites en mettant en oeuvre un plasmide exprimant le gène luciférase placé sous le contrôle du promoteur CMV précoce. Les isomères de spermidine-cholestérol ont des activités transfectionnelles très proches et comparables à celles obtenues avec le mélange. L'isomère correspondant au pic 2 est légèrement plus faible que les isomères 1 (substitution sur l'aminé secondaire) et 3 (substitution sur l'aminé primaire du bras long).These experiments are reproduced using a plasmid expressing the luciferase gene placed under the control of the early CMV promoter. The spermidine-cholesterol isomers have very similar transfection activities comparable to those obtained with the mixture. The isomer corresponding to peak 2 is slightly weaker than isomers 1 (substitution on the secondary amine) and 3 (substitution on the primary amine of the long arm).
Les expériences menées avec les isomères de spermine cholestérol montrent une nette supériorité de l'isomère substitué sur l'aminé primaire (pic 2), particulièrement aux faibles concentrations d'ADN (par exemple 0,525 μg d'ADN pour 4 à 0,5 μg en lipides). L'isomère correspondant au pic 1 a une activité transfectionnelle du même ordre de grandeur que celle du mélange.Experiments with spermine cholesterol isomers show a clear superiority of the substituted isomer over the primary amine (pic 2), particularly at low DNA concentrations (for example 0.525 μg of DNA for 4 to 0.5 μg in lipids). The isomer corresponding to peak 1 has a transfection activity of the same order of magnitude as that of the mixture.
b) sur cellules satellite musculairesb) on muscle satellite cells
Le protocole appliqué est similaire à celui décrit dans le paragraphe 6.4. mis à part que l'on utilise 500 μg d'isomères purifiés par HPLC semi¬ préparative et le plasmide rapporteur luciférase.The protocol applied is similar to that described in paragraph 6.4. apart from the fact that 500 μg of isomers purified by semi-preparative HPLC and the reporter plasmid luciferase are used.
Parmi les isomères de spermidine-cholestérol, celui substitué sur l'aminé secondaire (correspondant au pic 1 ) est 3 à 4 fois plus efficace que le mélange. La meilleure activité est obtenue pour 2 μg d'ADN et 4 à 0,25 μg en lipide total. L'isomère spermine-cholestérol substitué sur l'aminé secondaire est plus efficace que le mélange (notamment dans une gamme 1 μg d'ADN pour 4 à 0,25 μg en lipide total).Among the spermidine-cholesterol isomers, that substituted on the secondary amine (corresponding to peak 1) is 3 to 4 times more effective than the mixture. The best activity is obtained for 2 μg of DNA and 4 to 0.25 μg in total lipid. The spermine-cholesterol isomer substituted on the secondary amine is more effective than the mixture (in particular in a range 1 μg of DNA for 4 to 0.25 μg in total lipid).
Dans leur ensemble, ces données montrent que chaque isomère peut être adapté à la transfection d'un type cellulaire particulier. En particulier, les isomères substitués sur les aminés primaires de la spermine- cholestérol et de la spermidine-cholestérol transfectent efficacement les cellules pulmonaires alors que les isomères substitués sur les aminés secondaires sont particulièrement efficaces à l'égard des cellules musculaires. Taken together, these data show that each isomer can be adapted to the transfection of a particular cell type. In particular, the isomers substituted on the primary amines of spermine cholesterol and spermidine cholesterol efficiently transfect the lung cells while the isomers substituted on the secondary amines are particularly effective with regard to muscle cells.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composé de formule :1. Compound of formula:
HN - [(CH2)p - NJ-n I I ( I I )HN - [(CH2) p - NJ- n II (II)
I II I
Ri R2 dans laquelle :Ri R 2 in which:
- R! représente l'hydrogène, et- R ! represents hydrogen, and
- R2 représente l'hydrogène ou pour un seul des n substituants, un reste désoxy en position 3 du cholestérol ou un reste monovalent ou polyvalent d'un dérivé de cholestérol portant un ou respectivement plusieurs groupements réactifs susceptibles de réagir avec un groupe amine secondaire d'une molécule polyamine ;- R 2 represents hydrogen or for only one of the n substituents, a deoxy residue in position 3 of cholesterol or a monovalent or polyvalent residue of a cholesterol derivative carrying one or more reactive groups capable of reacting with a secondary amine group a polyamine molecule;
- n est un nombre entier de 2 à 6 ; et- n is an integer from 2 to 6; and
- p est un nombre entier de 2 à 6 identique ou différent dans les n fragments- p is an integer from 2 to 6 identical or different in the n fragments
[(CH2)P - N][(CH 2 ) P - N]
R2 R 2
2. Composé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'un seul des n substituants R2 ne représente pas l'hydrogène.2. Compound according to claim 1, characterized in that only one of the n substituents R 2 does not represent hydrogen.
3. Composé selon la revendication 2 caractérisé en ce que n = 2 ou 3 et p = 3 ou 4.3. Compound according to claim 2 characterized in that n = 2 or 3 and p = 3 or 4.
4. Composé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que R2 est un reste monovalent désoxy en position 3 du cholestérol. 4. Compound according to one of claims 1 to 3, characterized in that R 2 is a monovalent deoxy residue in position 3 of cholesterol.
5. Composé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit reste de dérivé de cholestérol en position 3 a pour formule :5. Compound according to one of claims 1 to 4, characterized in that said residue of cholesterol derivative in position 3 has the formula:
Figure imgf000036_0001
Figure imgf000036_0001
6. Composé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il répond à la formule :6. Compound according to one of claims 1 to 5, characterized in that it corresponds to the formula:
- N - (CH2)3 - N - (CH2)4 - - NH ( VI )- N - (CH 2 ) 3 - N - (CH 2 ) 4 - - NH (VI)
Ri R2ι R2 2 Ri R 2 ι R 2 2
dans laquelle :in which :
- Ri et R2 2 représentent l'hydrogène et ;- Ri and R 2 2 represent hydrogen and;
- R2 1 représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3.- R 2 1 represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3.
7. Composé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il répond à la formule :7. Compound according to one of claims 1 to 5, characterized in that it corresponds to the formula:
H - - H ( VII )
Figure imgf000036_0002
H - - H (VII)
Figure imgf000036_0002
dans laquelle :in which :
- l'un de R2 ι et R2 2 représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3 et l'autre représente l'hydrogène, et - Ri et R2 3 représentent l'hydrogène.one of R 2 ι and R 2 2 represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3 and the other represents hydrogen, and - Ri and R 2 3 represent hydrogen.
8. Composition pharmaceutique comprenant un composé selon l'une des revendications 1 à 7 et une substance thérapeutiquement active chargée négativement.8. Pharmaceutical composition comprising a compound according to one of claims 1 to 7 and a therapeutically active substance negatively charged.
9. Composition selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite substance active est un acide nucléique.9. Composition according to claim 8, characterized in that said active substance is a nucleic acid.
10. Composition selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit fragment d'acide nucléique est un ADN ou un ARN sens ou antisens.10. Composition according to claim 9, characterized in that said nucleic acid fragment is a DNA or a sense or antisense RNA.
1 1. Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit acide nucléique comporte un gène d'intérêt et des éléments d'expression dudit gène d'intérêt.1 1. Composition according to claim 10, characterized in that said nucleic acid comprises a gene of interest and elements of expression of said gene of interest.
12. Composition selon l'une des revendications 9 à 11 , caractérisée en ce que ledit acide nucléique est sous forme de plasmide.12. Composition according to one of claims 9 to 11, characterized in that said nucleic acid is in the form of a plasmid.
13. Composition selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que le rapport en poids du composé des revendications 1 à 7 audit acide nucléique est de 0,01 à 100.13. Composition according to one of claims 9 to 12, characterized in that the weight ratio of the compound of claims 1 to 7 to said nucleic acid is from 0.01 to 100.
14. Composition selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit rapport en poids est de 0,1 à 10.14. Composition according to claim 13, characterized in that said weight ratio is from 0.1 to 10.
15. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 8 à 14 pour préparer un vecteur de transfert dudit acide nucléique dans des cellules in vitro, ex vivo ou in vivo. 15. Use of a composition according to one of claims 8 to 14 for preparing a transfer vector of said nucleic acid in cells in vitro, ex vivo or in vivo.
16. Vecteur de transfert d'acides nucléiques dans des cellules de microorganismes, de plantes, humaines ou d'animaux notamment de mammifères, caractérisé en ce qu'il comporte une composition selon l'une des revendications 9 à 15 et un adjuvant capable d'améliorer le pouvoir transfectant de ladite composition.16. A vector for transfer of nucleic acids into cells of microorganisms, plants, humans or animals, in particular mammals, characterized in that it comprises a composition according to one of claims 9 to 15 and an adjuvant capable of 'Improving the transfecting power of said composition.
17. Vecteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit adjuvant est un co-lipide neutre.17. Vector according to claim 16, characterized in that said adjuvant is a neutral co-lipid.
18. Vecteur selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit co¬ lipide neutre est un phospholipide.18. Vector according to claim 17, characterized in that said neutral co¬ lipid is a phospholipid.
19. Vecteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit phospholipide est la dioleyl phosphatidyl éthanolamine (DOPE).19. Vector according to claim 18, characterized in that said phospholipid is dioleyl phosphatidyl ethanolamine (DOPE).
20. Vecteur selon l'une des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que le rapport molaire du composé selon l'une des revendications 1 à 7 au co-lipide neutre adjuvant est de 0, 1 à 5, de préférence 0,25 à 2.20. Vector according to one of claims 17 to 19, characterized in that the molar ratio of the compound according to one of claims 1 to 7 to the adjuvant neutral co-lipid is from 0.1 to 5, preferably 0.25 to 2.
21. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 8 à 14 pour la préparation d'undit vecteur de transfert d'acides nucléiques dans des cellules musculaires de mammifères.21. Use of a composition according to one of claims 8 to 14 for the preparation of a said nucleic acid transfer vector in mammalian muscle cells.
22. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 8 à 14 pour la préparation d'undit vecteur de transfert d'acides nucléiques dans des cellules pulmonaires de mammifères.22. Use of a composition according to one of claims 8 to 14 for the preparation of a said nucleic acid transfer vector in mammalian lung cells.
23. Procédé de purification d'un isomère d'un composé selon l'une des revendications 1 à 7 à partir d'un mélange d'isomères desdits composés, caractérisé en ce qu'on réalise une chromatographie liquide haute performance en phase inverse avec une colonne supelcosil LC-ABZ. 23. Method for purifying an isomer of a compound according to one of claims 1 to 7 from a mixture of isomers of said compounds, characterized in that a high performance liquid chromatography is carried out in reverse phase with a LC-ABZ supelcosil column.
24. Utilisation d'une composition comprenant un gène d'intérêt et les éléments d'expression dudit gène d'intérêt et un composé répondant à la formule :24. Use of a composition comprising a gene of interest and the expression elements of said gene of interest and a compound corresponding to the formula:
H - N - (CH2)3 - NH - (CH2)4 - NH l IH - N - (CH 2 ) 3 - NH - (CH 2 ) 4 - NH l I
Ri R22Ri R 2 2
dans laquelle :in which :
- Ri représente H et R 2 2 représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3, ou- Ri represents H and R 2 2 represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3, or
- R2 2 représente H et R i représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3, ou- R 2 2 represents H and R i represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3, or
d'une composition comprenant un gène d'intérêt et les éléments d'expression dudit gène d'intérêt et un composé répondant à la formule :of a composition comprising a gene of interest and the expression elements of said gene of interest and a compound corresponding to the formula:
H - N - (CH2)3 - NH - (CH2)4 - NH - (CH2)3 - N - I l ι i Ri R3 H - N - (CH 2 ) 3 - NH - (CH 2 ) 4 - NH - (CH 2 ) 3 - N - I l ι i Ri R 3
dans laquelle :in which :
- Ri représente H et R3 représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3, ou- Ri represents H and R 3 represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3, or
- R3 représente H et Ri représente undit reste monovalent de cholestérol ou d'un dérivé de cholestérol en position 3 ;- R 3 represents H and Ri represents undit monovalent residue of cholesterol or of a cholesterol derivative in position 3;
pour la préparation d'un vecteur de transfert dudit gène d'intérêt dans les cellules musculaires ou pulmonaires de mammifère. for the preparation of a vector for transferring said gene of interest into muscle or lung cells of mammals.
25. Utilisation selon la revendication 24 pour la préparation d'un vecteur de transfert dudit gène d'intérêt dans les cellules pulmonaires de mammifère.25. Use according to claim 24 for the preparation of a vector for transferring said gene of interest into mammalian lung cells.
26. Utilisation selon la revendication 24 ou 25, caractérisée en ce que ledit gène d'intérêt et ses éléments d'expression sont compris dans un plasmide.26. Use according to claim 24 or 25, characterized in that said gene of interest and its expression elements are included in a plasmid.
27. Utilisation selon l'une des revendications 24 à 26, caractérisée en ce que le rapport en poids dudit composé audit gène d'intérêt ou plasmide est de 0,01 à 100 et, de préférence 0,1 à 10.27. Use according to one of claims 24 to 26, characterized in that the weight ratio of said compound to said gene of interest or plasmid is from 0.01 to 100 and preferably 0.1 to 10.
28. Utilisation selon l'une des revendications 24 à 27, caractérisée en ce que ladite composition comprend en outre un adjuvant capable d'améliorer le pouvoir transfectant de ladite composition.28. Use according to one of claims 24 to 27, characterized in that said composition further comprises an adjuvant capable of improving the transfecting power of said composition.
29. Utilisation selon la revendication 28, caractérisée en ce que ledit adjuvant est la dioleyl phosphatidyl éthanolamine (DOPE).29. Use according to claim 28, characterized in that said adjuvant is dioleyl phosphatidyl ethanolamine (DOPE).
30. Utilisation selon la revendication 29, caractérisée en ce que le rapport molaire dudit composé audit adjuvant est de 0, 1 à 5, de préférence 0,25 à 2. 30. Use according to claim 29, characterized in that the molar ratio of said compound to said adjuvant is from 0.1 to 5, preferably 0.25 to 2.
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