PEGylering - PEGylation

Denne artikkelen handler om PEGylering i en farmasøytisk sammenheng. For den store industrielle prosessen, se etoksylering .
Polyetylenglykol

PEGylering (eller pegylering ) er prosessen med både kovalent og ikke-kovalent binding eller sammensmeltning av polyetylenglykol (PEG, i apotek kalt macrogol ) polymerkjeder til molekyler og makrostrukturer, for eksempel et legemiddel, terapeutisk protein eller vesikkel, som deretter beskrives som PEGylert .

PEGylering oppnås rutinemessig ved inkubasjon av et reaktivt derivat av PEG med målmolekylet. Den kovalente festingen av PEG til et medikament eller terapeutisk protein kan "maskere" midlet fra vertens immunsystem (redusere immunogenisitet og antigenisitet ), og øke dets hydrodynamiske størrelse (størrelse i løsning), noe som forlenger sirkulasjonstiden ved å redusere renal clearance. PEGylering kan også gi vannløselighet til hydrofobe legemidler og proteiner. Etter å ha bevist sine farmakologiske fordeler og aksept, er PEGylation-teknologien grunnlaget for en voksende industri på flere milliarder dollar.

Metodikk

En sammenligning av uricase og PEG-uricase ; PEG-uricase inkluderer 40 polymerer av 10kDa PEG. PEGylering forbedrer løseligheten ved fysiologisk pH, øker serumhalveringstiden og reduserer immunogenisitet uten at det går ut over aktiviteten. Øvre bilder viser hele tetrameren, nedre bilder viser en av lysinene som er PEGylert. (uricase fra PDB : 1uox og PEG- uricase - modell fra referanse, bare 36 PEG-polymerer inkludert)

PEGylering er prosessen med å feste strengene til polymer PEG til molekyler, mest typisk peptider , proteiner og antistoffragmenter , som kan forbedre sikkerheten og effektiviteten til mange terapier . Det gir endringer i de fysiokjemiske egenskapene, inkludert endringer i konformasjon , elektrostatisk binding , hydrofobisitet etc. Disse fysiske og kjemiske endringene øker systemisk oppbevaring av det terapeutiske middelet. Det kan også påvirke bindingsaffiniteten til den terapeutiske delen til cellereseptorene og kan endre absorpsjons- og distribusjonsmønstrene.

PEGylering, ved å øke molekylvekten til et molekyl , kan gi flere betydelige farmakologiske fordeler i forhold til den umodifiserte formen, for eksempel forbedret medikamentløselighet , redusert doseringsfrekvens med potensielt redusert toksisitet og uten redusert effekt, forlenget sirkulasjonsliv, økt legemiddelstabilitet og forbedret beskyttelse mot proteolytisk nedbrytning; PEGylerte skjemaer kan også være kvalifisert for patentbeskyttelse.

PEGylerte legemidler

Festingen av en inert og hydrofil polymer ble først rapportert rundt 1970 for å forlenge blodets levetid og kontrollere immunogenisiteten til proteiner . Polyetylenglykol ble valgt som polymer. I 1981 grunnla Davis og Abuchowski Enzon, Inc., som brakte tre PEGylerte legemidler til markedet. Abuchowski grunnla senere og er administrerende direktør i Prolong Pharmaceuticals.

Den kliniske verdien av PEGylering er nå godt etablert. ADAGEN (pegademase bovine) produsert av Enzon Pharmaceuticals, Inc., USA var det første PEGylerte proteinet som ble godkjent av US Food and Drug Administration (FDA) i mars 1990, for å komme inn på markedet. Det brukes til å behandle en form for alvorlig kombinert immunogenisitetssyndrom (ADA-SCID), som et alternativ til beinmargstransplantasjon og enzymbytte ved genterapi . Siden introduksjonen av ADAGEN, et stort antall av pegylert proteiner og peptider legemidler har fulgt og mange andre er under klinisk utprøving eller under utviklingsfasen. Salget av de to mest vellykkede produktene, Pegasys og Neulasta, oversteg 5 milliarder dollar i 2011. Alle kommersielt tilgjengelige PEGylerte legemidler inneholder metoksypoly (etylenglykol) eller mPEG. PEGylerte legemidler på markedet (i omvendt kronologi etter FDA -godkjenningsår) har inkludert:

Patentbehandling

PEGylated lipid nanoparticle drug delivery (LNP) system for mRNA-vaksinen kjent som mRNA-1273 har vært gjenstand for pågående patentsaker med Arbutus Biopharma , som Moderna tidligere hadde lisensiert LNP-teknologi fra. September 2020 rapporterte Nature Biotechnology at Moderna hadde mistet en sentral utfordring i den pågående saken.

Bruk i forskning

PEGylering har praktisk bruk innen bioteknologi for proteinlevering, celle transfeksjon , og genet redigering i ikke-humane celler.

Prosess

Det første trinnet i PEGyleringen er egnet funksjonalisering av PEG -polymeren i den ene eller begge ender. PEG som aktiveres i hver ende med den samme reaktive delen er kjent som " homobifunksjonell ", mens hvis de tilstedeværende funksjonelle gruppene er forskjellige, blir PEG -derivatet referert til som " heterobifunksjonell " eller " heterofunksjonell ". De kjemisk aktive eller aktiverte derivatene av PEG -polymeren fremstilles for å feste PEG til det ønskede molekylet.

De overordnede PEGyleringsprosessene som hittil er brukt for proteinkonjugering, kan i stor grad klassifiseres i to typer, nemlig en løsningsfase-batchprosess og en on-column-batch-prosess på kolonnen. Den enkle og vanlige batchprosessen innebærer blanding av reagenser i en passende bufferløsning , fortrinnsvis ved en temperatur mellom 4 og 6 ° C, etterfulgt av separasjon og rensing av det ønskede produktet ved bruk av en passende teknikk basert på dets fysisk -kjemiske egenskaper , inkludert størrelsesekskluderingskromatografi (SEC), ionebytterkromatografi (IEX), hydrofob interaksjonskromatografi (HIC) og membraner eller vandige tofasesystemer ( ATPS ).

Valget av den passende funksjonelle gruppen for PEG -derivatet er basert på typen tilgjengelig reaktiv gruppe på molekylet som vil bli koblet til PEG. For proteiner inkluderer typiske reaktive aminosyrer lysin , cystein , histidin , arginin , asparaginsyre , glutaminsyre , serin , treonin og tyrosin . Den N-terminale aminogruppe og den C-terminale carboxylsyre kan også brukes som et sete som er spesifikt område ved konjugasjon med aldehyd- funksjonelle polymerer .

Teknikkene som brukes for å danne PEG -derivater av første generasjon, reagerer generelt PEG -polymeren med en gruppe som er reaktiv med hydroksylgrupper , vanligvis anhydrider , syreklorider , kloroformater og karbonater . I andre generasjon PEGyleringskjemi blir mer effektive funksjonelle grupper som aldehyd, estere , amider etc. gjort tilgjengelig for konjugering.

Etter hvert som applikasjoner av PEGylering har blitt mer og mer avanserte og sofistikerte, har det vært en økning i behovet for heterobifunksjonelle PEGs for konjugering. Disse heterobifunksjonelle PEG -ene er svært nyttige for å koble to enheter, der det er behov for en hydrofil , fleksibel og biokompatibel avstandsstykke. Foretrukne endegrupper for heterobifunksjonelle PEG er maleimid , vinylsulfoner , pyridyldisulfid , amin , karboksylsyrer og NHS -estere.

Tredje generasjons pegyleringsmidler, der polymeren har blitt forgrenet, Y -formet eller kamformet er tilgjengelig og viser redusert viskositet og mangel på organakkumulering . Nylig har også enzymatiske tilnærminger til PEGylering blitt utviklet, og dermed utvidet konjugeringsverktøyene ytterligere. PEG-proteinkonjugater oppnådd ved enzymatiske metoder er allerede i klinisk bruk, for eksempel: Lipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct .

Begrensninger

Uforutsigbarhet i klaringstider for PEGylerte forbindelser kan føre til akkumulering av forbindelser med stor molekylvekt i leveren som kan føre til inkluderingslegemer uten kjente toksikologiske konsekvenser. Videre kan endring i kjedelengden føre til uventede klaringstider in vivo . Videre har de eksperimentelle betingelsene for PEGyleringsreaksjon (dvs. pH, temperatur, reaksjonstid, totale kostnad for prosessen og molforholdet mellom PEG -derivat og peptid) også en innvirkning på stabiliteten til de endelige PEGylerte produktene. For å overvinne de ovennevnte begrensningene ble flere forskere tilbudt forskjellige strategier som å endre størrelsen (Mw), antallet, plasseringen og typen kobling av PEG -molekyl.

Se også

Referanser

Eksterne linker