ПЭГилирование - PEGylation
ПЭГилирование (или пегилирование ) - это процесс как ковалентного, так и нековалентного присоединения или амальгамирования полимерных цепей полиэтиленгликоля (ПЭГ, в аптеке называется макрогол ) с молекулами и макроструктурами, такими как лекарство, терапевтический белок или везикула, который затем описывается как ПЭГилированный .
ПЭГилирование обычно достигается путем инкубации реактивного производного ПЭГ с молекулой-мишенью. Ковалентное присоединение ПЭГ к лекарству или терапевтическому белку может «замаскировать» агент от иммунной системы хозяина (снижая иммуногенность и антигенность ) и увеличивать его гидродинамический размер (размер в растворе), что продлевает время его циркуляции за счет уменьшения почечного клиренса. ПЭГилирование также может обеспечивать растворимость в воде гидрофобных лекарств и белков. Доказав свои фармакологические преимущества и приемлемость, технология ПЭГилирования является основой растущей многомиллиардной индустрии.
Методология
ПЭГилирование - это процесс присоединения цепей полимерного ПЭГ к молекулам, чаще всего к пептидам , белкам и фрагментам антител , который может повысить безопасность и эффективность многих терапевтических средств . Он вызывает изменения физико-химических свойств, включая изменения конформации , электростатического связывания , гидрофобности и т. Д. Эти физические и химические изменения увеличивают системное удерживание терапевтического агента. Кроме того, он может влиять на аффинность связывания терапевтического фрагмента с рецепторами клетки и может изменять характер абсорбции и распределения.
Пегилирование за счет увеличения молекулярной массы молекулы может придать несколько существенных фармакологических преимуществ по сравнению с немодифицированной формой, например, улучшенная растворимость лекарственного средства , уменьшенная частота дозирования с потенциально сниженной токсичностью и без снижения эффективности, увеличенная циркулирующая жизнь, повышенная стабильность лекарственного средства и повышенная защита от протеолитической деградации; Пегилированные формы также могут иметь право на патентную защиту.
ПЭГилированные препараты
Присоединение инертного и гидрофильного полимера , было впервые сообщено в 1970 году , чтобы продлить срок службы крови и контроля иммуногенности из белков . В качестве полимера был выбран полиэтиленгликоль. В 1981 году Дэвис и Абуховски основали Enzon, Inc., которая вывела на рынок три пегилированных препарата. Позже Абуховски основал и является генеральным директором Prolong Pharmaceuticals.
Клиническая ценность ПЭГилирования в настоящее время хорошо известна. АДАГЕН (пегадемаза крупного рогатого скота), производимый Enzon Pharmaceuticals, Inc., США, был первым пегилированным белком, одобренным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в марте 1990 года, который вышел на рынок. Он используется для лечения тяжелой формы синдрома комбинированной иммуногенности (ADA-SCID) в качестве альтернативы трансплантации костного мозга и замещению ферментов генной терапией . С момента появления АДАГЕНА появилось большое количество фармацевтических препаратов , содержащих пегилированный белок и пептид , а многие другие находятся на стадии клинических испытаний или разработки. Продажи двух наиболее успешных продуктов, Pegasys и Neulasta, превысили 5 миллиардов долларов в 2011 году. Все коммерчески доступные ПЭГилированные фармацевтические препараты содержат метоксиполи (этиленгликоль) или мПЭГ. Пегилированные фармацевтические препараты на рынке (в обратной хронологии по годам утверждения FDA) включают:
- Пегилированный липид используется в качестве наполнителя как в вакцине Moderna, так и в вакцине Pfizer – BioNTech от COVID-19 . Обе РНК-вакцины состоят из матричной РНК или мРНК, заключенной в пузырек из маслянистых молекул, называемых липидами. Для каждого используется собственная липидная технология. В обеих вакцинах пузырьки покрыты стабилизирующей молекулой полиэтиленгликоля. По состоянию на декабрь 2020 года есть некоторые опасения, что ПЭГ может вызвать аллергическую реакцию, которая, по-видимому, произошла к 19 декабря, по крайней мере, у трех «медицинских работников Аляски», которым вводили вакцину от COVID-19 Pfizer – BioNTech. Конкретная ПЭГилированная молекула в вакцине Moderna известна как DMG-PEG 2000 .
- Пегвалиаза (биомарин) - пегилированная рекомбинантная фенилаланинаммиаклиаза для лечения фенилкетонурии , одобренная FDA для США в мае 2018 года.
- Adynovate - PEGylated Antihemophilic фактора VIII для лечения больных с гемофилией А . ( Baxalta , 2015)
- Липосома иринотекана (онивид) - пегилированный липосомальный тригидрат гидрохлорида иринотекана для лечения метастатического рака поджелудочной железы у взрослых, проходящих лечение на основе гемцитабина . ( Ипсен , 2015)
- Plegridy - пегилированный интерферон бета-1a для лечения пациентов с рецидивирующими формами рассеянного склероза . ( Биоген , 2014)
- Налоксегол (Мовантик) - пегилированный налоксол для лечения запоров, вызванных опиоидами, у взрослых пациентов с хронической нераковой болью (непегилированный метадон может вызывать нежелательные желудочно-кишечные реакции). ( AstraZeneca , 2014)
- Пегинесатид (Омонтис) - ежемесячный препарат для лечения анемии, связанной с хроническим заболеванием почек, у взрослых пациентов на диализе ( Affymax / Takeda Pharmaceuticals , 2012)
- Пеглотиказа (Krystexxa) - пегилированная уриказа для лечения подагры ( Savient , 2010)
- Цертолизумаб пегол (Cimzia) - моноклональные антитела для лечения умеренного и тяжелого ревматоидного артрита и болезни Крона , воспалительного желудочно-кишечного расстройства ( Nektar / UCB Pharma , 2008)
- Метоксиполиэтиленгликоль-эпоэтин бета (Mircera) - ПЭГилированная форма эритропоэтина для борьбы с анемией, связанной с хроническим заболеванием почек ( Roche , 2007)
- Пегаптаниб (Macugen) - используется для лечения неоваскулярной возрастной дегенерации желтого пятна ( Pfizer , 2004)
- Pegfilgrastim (Neulasta) - PEGylated рекомбинантных метионильного человека гранулоцитарного колониестимулирующий фактор для тяжелого рака химиотерапии индуцированной нейтропении ( Amgen , 2002)
- Пегвисомант (сомаверт) - антагонист рецептора мутеина гормона роста человека ПЭГ для лечения акромегалии ( Pfizer , 2002)
- Пегинтерферон альфа-2а (Пегасис) - пегилированный интерферон альфа для использования при лечении хронического гепатита С и гепатита В ( Hoffmann-La Roche , 2002)
- Пегинтерферон альфа-2b (ПегИнтрон) - пегилированный интерферон альфа для использования при лечении хронического гепатита С и гепатита В ( Schering-Plough / Enzon , 2000)
- Липосома доксорубицина HCl (Doxil / Caelyx) - ПЭГилированная липосома, содержащая доксорубицин, для лечения рака (Alza, 1995)
- Пегаспаргаза (Онкаспар) - ПЭГилированная L-аспарагиназа для лечения острого лимфобластного лейкоза у пациентов с гиперчувствительностью к нативной немодифицированной форме L-аспарагиназы ( Enzon , 1994). Этот препарат недавно был одобрен для использования на переднем крае.
- Pegademase bovine (Adagen) - PEG- аденозиндезаминаза для лечения тяжелого комбинированного иммунодефицитного заболевания (SCID) (Enzon, 1990)
Патентные тяжбы
Система доставки лекарственного средства в виде ПЭГилированных липидных наночастиц (LNP) мРНК-вакцины, известной как мРНК-1273 , является предметом текущих патентных тяжб с Arbutus Biopharma , у которой Moderna ранее лицензировала технологию LNP. 4 сентября 2020 года Nature Biotechnology сообщила, что Moderna проиграла ключевую проблему в продолжающемся деле.
Использование в исследованиях
ПЭГилирование находит практическое применение в биотехнологии для доставки белков, трансфекции клеток и редактирования генов в нечеловеческих клетках.
Процесс
Первой стадией ПЭГилирования является подходящая функционализация полимера ПЭГ на одном или обоих концах. ПЭГ, которые активируются на каждом конце одним и тем же реактивным фрагментом, известны как « гомобифункциональные », тогда как, если присутствующие функциональные группы различны, то производное ПЭГ называют « гетеробифункциональным » или « гетерофункциональным ». Химически активные или активированные производные полимера PEG получают для присоединения PEG к желаемой молекуле.
Общие процессы ПЭГилирования, используемые до настоящего времени для конъюгации белков, можно в общих чертах разделить на два типа, а именно периодический процесс в фазе раствора и периодический процесс с подпиткой на колонке. Простой и широко принятый периодический процесс включает смешивание реагентов вместе в соответствующем буферном растворе , предпочтительно при температуре от 4 до 6 ° C, с последующим разделением и очисткой целевого продукта , используя подходящий метод на основе своих физико - химических свойств , включая эксклюзионную хроматографию (SEC), ионообменную хроматографию (IEX), хроматографию гидрофобного взаимодействия (HIC) и мембраны или водные двухфазные системы ( ATPS ).
Выбор подходящей функциональной группы для производного PEG основан на типе доступной реакционноспособной группы в молекуле, которая будет связана с PEG. Для белков типичные реактивные аминокислоты включают лизин , цистеин , гистидин , аргинин , аспарагиновую кислоту , глутаминовую кислоту , серин , треонин и тирозин . N-концевую аминогруппу и C-концевую карбоновую кислоту также можно использовать в качестве сайт-специфичного сайта путем конъюгации с полимерами с альдегидными функциональными группами .
Способы, используемые для образования производных PEG первого поколения, обычно включают реакцию полимера PEG с группой, которая реагирует с гидроксильными группами, обычно ангидридами , хлорангидридами , хлорформиатами и карбонатами . В химии ПЭГилирования второго поколения для конъюгации доступны более эффективные функциональные группы, такие как альдегид, сложные эфиры , амиды и т.д.
Поскольку приложения ПЭГилирования становятся все более и более продвинутыми и сложными, возрастает потребность в гетеробифункциональных ПЭГ для конъюгации. Эти гетеробифункциональные ПЭГ очень полезны для связывания двух объектов, где необходим гидрофильный , гибкий и биосовместимый спейсер. Предпочтительными концевыми группами для гетеробифункциональных ПЭГ являются малеимид , винилсульфоны , пиридилдисульфид , амин , карбоновые кислоты и сложные эфиры NHS .
Пегилированные агенты третьего поколения, в которых полимер имеет разветвленную, Y-образную или гребенчатую форму, обладают пониженной вязкостью и отсутствием скопления органов . Недавно также были разработаны ферментативные подходы к ПЭГилированию, что дополнительно расширило инструменты конъюгации. Конъюгаты ПЭГ-белок, полученные ферментативными методами, уже используются в клинической практике, например: Липегфилграстим , Ребинин , Эсперокт .
Ограничения
Непредсказуемость времени клиренса для ПЭГилированных соединений может привести к накоплению соединений с большим молекулярным весом в печени, что приведет к образованию телец включения без известных токсикологических последствий. Кроме того, изменение длины цепи может привести к неожиданному времени выведения in vivo . Более того, экспериментальные условия реакции ПЭГилирования (т.е. pH, температура, время реакции, общая стоимость процесса и молярное соотношение между производным ПЭГ и пептидом) также влияют на стабильность конечных продуктов ПЭГ-илирования. Чтобы преодолеть вышеупомянутые ограничения, несколько исследователей предложили различные стратегии, такие как изменение размера (Mw), количества, местоположения и типа связывания молекулы PEG.
Смотрите также
- Цитохром с
- Интерферон
- Матричная лазерная десорбция / ионизация
- Протеомика
- Твердые липидные наночастицы
использованная литература
внешние ссылки
У Схолии есть профиль ПЭГилирования (Q682252) . |
- ПЭГилирование , ScienceDirect (2017)