stringtranslate.com

ПЭГилирование

Полиэтиленгликоль

ПЭГилирование (или пегилирование ) представляет собой процесс как ковалентного, так и нековалентного присоединения или объединения полимерных цепей полиэтиленгликоля (ПЭГ, в фармацевтике называемого макроголом ) к молекулам и макроструктурам, таким как лекарственное средство, терапевтический белок или везикула, который затем описывается как ПЭГилирование . [1] [2] [3] [4] ПЭГилирование влияет на полученные производные или взаимодействия агрегатов, что обычно замедляет их слияние и деградацию, а также выведение in vivo. [5] [6]

ПЭГилирование обычно достигается путем инкубации реактивного производного ПЭГ с целевой молекулой. Ковалентное присоединение ПЭГ к лекарственному средству 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 снижения почечного клиренса. ПЭГилирование также может обеспечить растворимость в воде гидрофобных лекарств и белков. Доказав свои фармакологические преимущества и приемлемость, технология ПЭГилирования является основой растущей многомиллиардной индустрии. [7]

Методология

Сравнение уриказы и ПЭГ-уриказы ; ПЭГ-уриказа включает 40 полимеров ПЭГ 10 кДа. ПЭГилирование улучшает его растворимость при физиологическом pH, увеличивает период полувыведения из сыворотки и снижает иммуногенность без ущерба для активности. Верхние изображения показывают весь тетрамер, нижние изображения показывают один из лизинов, который ПЭГилирован. (уриказа из PDB : 1uox и модель ПЭГ-уриказы из ссылки; [8] включены только 36 полимеров ПЭГ)

ПЭГилирование — это процесс присоединения цепей полимера ПЭГ к молекулам, чаще всего пептидам , белкам и фрагментам антител , что может повысить безопасность и эффективность многих терапевтических средств . [9] [10] Он вызывает изменения физико-химических свойств, включая изменения конформации , электростатического связывания , гидрофобности и т. д. Эти физические и химические изменения увеличивают системное удержание терапевтического агента. Кроме того, он может влиять на связывающую способность терапевтического фрагмента с клеточными рецепторами и может изменять паттерны абсорбции и распределения.

Пегилирование, увеличивая молекулярную массу молекулы , может обеспечить несколько существенных фармакологических преимуществ по сравнению с немодифицированной формой, таких как улучшенная растворимость препарата , сниженная частота дозировки с потенциально сниженной токсичностью и без снижения эффективности, увеличенный срок циркуляции, повышенная стабильность препарата и повышенная защита от протеолитической деградации; пегилированные формы также могут иметь право на патентную защиту. [11]

ПЭГилированные препараты

Присоединение инертного и гидрофильного полимера впервые было описано около 1970 года для продления жизни крови и контроля иммуногенности белков . [ 12 ] В качестве полимера был выбран полиэтиленгликоль. [13] [14] В 1981 году Дэвис и Абуховски основали Enzon, Inc., которая вывела на рынок три пегилированных препарата. Позднее Абуховски основал и является генеральным директором Prolong Pharmaceuticals. [15]

Клиническая ценность ПЭГилирования в настоящее время хорошо известна. ADAGEN (pegademase bovine), производимый Enzon Pharmaceuticals, Inc., США, был первым ПЭГилированным белком, одобренным Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в марте 1990 года, который вышел на рынок. Он используется для лечения формы синдрома тяжелого комбинированного иммунодефицита (ADA-SCID) в качестве альтернативы трансплантации костного мозга и замещению ферментов генной терапией . После появления ADAGEN последовало большое количество ПЭГилированных белков и пептидных фармацевтических препаратов , а многие другие находятся на стадии клинических испытаний или разработки. Продажи двух самых успешных продуктов, Pegasys и Neulasta, превысили 5 миллиардов долларов в 2011 году. [16] [17] Все коммерчески доступные ПЭГилированные фармацевтические препараты содержат метоксиполи(этиленгликоль) или мПЭГ. ПЭГилированные фармацевтические препараты на рынке (в обратной хронологии по году одобрения FDA) включают: [18]

Патентные тяжбы

Система доставки лекарств на основе пегилированных липидных наночастиц (LNP) вакцины мРНК, известной как mRNA-1273, стала предметом продолжающегося патентного разбирательства с Arbutus Biopharma , у которой Moderna ранее приобрела лицензию на технологию LNP. [25] [26] 4 сентября 2020 года Nature Biotechnology сообщила, что Moderna проиграла ключевой спор в продолжающемся деле. [27]

Использование в исследованиях

Пегилирование имеет практическое применение в биотехнологии для доставки белков, [28] трансфекции клеток и редактирования генов в нечеловеческих клетках. [29]

Процесс

Первым шагом ПЭГилирования является соответствующая функционализация полимера ПЭГ на одном или обоих концах. ПЭГ, которые активированы на каждом конце с помощью одной и той же реактивной группы, известны как «гомобифункциональные», тогда как если присутствующие функциональные группы различны, то производное ПЭГ называют «гетеробифункциональным» или «гетерофункциональным». Химически активные или активированные производные полимера ПЭГ подготавливаются для присоединения ПЭГ к желаемой молекуле. [30]

Общие процессы ПЭГилирования, используемые на сегодняшний день для конъюгации белков, можно в целом разделить на два типа, а именно: процесс пакетной обработки в фазе раствора и процесс пакетной обработки с подпиткой на колонке. [31] Простой и общепринятый процесс пакетной обработки включает смешивание реагентов в подходящем буферном растворе , предпочтительно при температуре от 4 до 6 °C, с последующим разделением и очисткой желаемого продукта с использованием подходящей методики, основанной на его физико-химических свойствах , включая эксклюзионную хроматографию (SEC), ионообменную хроматографию (IEX), хроматографию гидрофобного взаимодействия (HIC) и мембраны или водные двухфазные системы ( ATPS ). [32] [33]

Выбор подходящей функциональной группы для производного ПЭГ основан на типе доступной реактивной группы на молекуле, которая будет связана с ПЭГ. Для белков типичные реактивные аминокислоты включают лизин , цистеин , гистидин , аргинин , аспарагиновую кислоту , глутаминовую кислоту , серин , треонин и тирозин . N-концевая аминогруппа и C-концевая карбоновая кислота также могут быть использованы в качестве сайта-специфического сайта путем конъюгации с альдегидными функциональными полимерами . [34]

Методы, используемые для формирования производных ПЭГ первого поколения, обычно реагируют с полимером ПЭГ и группой, которая реагирует с гидроксильными группами, как правило, ангидридами , хлорангидридами , хлорформиатами и карбонатами . Во втором поколении химии ПЭГилирования более эффективные функциональные группы, такие как альдегиды, эфиры , амиды и т. д., становятся доступными для конъюгации.

Поскольку применение ПЭГилирования становится все более и более продвинутым и сложным, возросла потребность в гетеробифункциональных ПЭГ для конъюгации. Эти гетеробифункциональные ПЭГ очень полезны для связывания двух объектов, где необходим гидрофильный , гибкий и биосовместимый спейсер. Предпочтительными конечными группами для гетеробифункциональных ПЭГ являются малеимид , винилсульфоны , пиридилдисульфид , амин , карбоновые кислоты и эфиры NHS . [35] [36] [37]

Доступны пегилирующие агенты третьего поколения, в которых полимер разветвлен, имеет форму Y или гребня, и они демонстрируют пониженную вязкость и отсутствие накопления в органах . [38] Недавно были разработаны также ферментативные подходы к пегилированию, что еще больше расширило возможности конъюгации. [39] [40] Конъюгаты ПЭГ-белок, полученные ферментативными методами, уже используются в клинической практике, например: Lipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct .

Ограничения

Непредсказуемость времени выведения для ПЭГилированных соединений может привести к накоплению соединений с большой молекулярной массой в печени, что приводит к образованию включений с неизвестными токсикологическими последствиями. [41] Кроме того, изменение длины цепи может привести к неожиданному времени выведения in vivo . [42] Более того, экспериментальные условия реакции ПЭГилирования (т. е. pH, температура, время реакции, общая стоимость процесса и молярное соотношение между производным ПЭГ и пептидом) также оказывают влияние на стабильность конечных ПЭГилированных продуктов. [43] Для преодоления вышеупомянутых ограничений несколькими исследователями были предложены различные стратегии, такие как изменение размера (Mw), количества, местоположения и типа связи молекулы ПЭГ. [44] [45] Конъюгация с биоразлагаемыми полисахаридами , которая является многообещающей альтернативой ПЭГилированию, является еще одним способом решения проблемы биоразлагаемости ПЭГ. [46]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Jokerst, Jesse V; Lobovkina, Tatsiana; Zare, Richard N; Gambhir, Sanjiv S (июнь 2011 г.). «ПЭГилирование наночастиц для визуализации и терапии». Nanomedicine . 6 (4): 715–728. doi :10.2217/nnm.11.19. PMC  3217316 . PMID  21718180.
  2. ^ Кноп, Катрин; Хугенбум, Ричард; Фишер, Дагмар; Шуберт, Ульрих С. ​​(23 августа 2010 г.). «Поли(этиленгликоль) в доставке лекарств: за и против, а также потенциальные альтернативы». Angewandte Chemie International Edition . 49 (36): 6288–6308. doi :10.1002/anie.200902672. PMID  20648499.
  3. ^ Веронезе, Франческо М.; Меро, Анна (2008). «Влияние пегилирования на биологическую терапию». BioDrugs . 22 (5): 315–329. doi :10.2165/00063030-200822050-00004. PMID  18778113. S2CID  23901382.
  4. ^ Веронезе, Франческо М.; Пасут, Джанфранко (ноябрь 2005 г.). «ПЭГилирование, успешный подход к доставке лекарств». Drug Discovery Today . 10 (21): 1451–1458. doi :10.1016/S1359-6446(05)03575-0. PMID  16243265.
  5. ^ Blume G, Cevc, G (13 апреля 1990 г.). «Липосомы для длительного высвобождения лекарств in vivo». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1029 (1): 91–97. doi :10.1016/0005-2736(90)90440-y. PMID  2223816.
  6. ^ Клибанов АЛ, Маруяма К, Торчилин ВП, Хуан Л (30 июля 1990 г.). «Амфипатические полиэтиленгликоли эффективно продлевают время циркуляции липосом». FEBS Lett . 268 (1): 235–237. doi : 10.1016/0014-5793(90)81016-h . PMID  2384160. S2CID  11437990.
  7. ^ Дамодаран В.Б.; Фи К.Дж. (2010). «Пегиляция белка: обзор химии и технологических соображений». European Pharmaceutical Review . 15 (1): 18–26.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Шерман, MR; Сайфер, MG; Перес-Руис, F (3 января 2008 г.). «ПЭГ-уриказа в лечении резистентной подагры и гиперурикемии». Advanced Drug Delivery Reviews . 60 (1): 59–68. doi :10.1016/j.addr.2007.06.011. PMID  17826865.
  9. ^ Веронезе, FM; Харрис, JM (июнь 2002 г.). «Введение и обзор пегилирования пептидов и белков». Advanced Drug Delivery Reviews . 54 (4): 453–456. doi :10.1016/s0169-409x(02)00020-0. PMID  12052707.
  10. ^ Порфирьева, НН; Мустафин, РИ; Хуторянский, ВВ (январь 2020 г.). "PEGylated Systems in Pharmaceutics" (PDF) . Polymer Science, Series C . 62 (1): 62–74. doi :10.1134/S181123822001004X. S2CID  226664780.
  11. ^ Milla, P; Dosio, F (13 января 2012 г.). «ПЭГилирование белков и липосом: мощная и гибкая стратегия улучшения доставки лекарств». Current Drug Metabolism . 13 (1): 105–119. doi :10.2174/138920012798356934. hdl : 2318/86788 . PMID  21892917.
  12. ^ Дэвис, Фрэнк Ф. (июнь 2002 г.). «Происхождение пегнологии». Advanced Drug Delivery Reviews . 54 (4): 457–458. doi :10.1016/s0169-409x(02)00021-2. PMID  12052708.
  13. ^ Абуховски, А.; Ван Эс, Т.; Палчук, Н.К.; Дэвис, Ф.Ф. (1977). «Изменение иммунологических свойств бычьего сывороточного альбумина ковалентным присоединением полиэтиленгликоля». Журнал биологической химии . 252 (11): 3578–81. doi : 10.1016/S0021-9258(17)40291-2 . PMID  405385.
  14. ^ Абуховски, А.; Маккой, Дж. Р.; Палчук, Н. К.; Ван Эс, Т.; Дэвис, Ф. Ф. (1977). «Влияние ковалентного присоединения полиэтиленгликоля на иммуногенность и циркуляционную жизнь каталазы печени быка». Журнал биологической химии . 252 (11): 3582–6. doi : 10.1016/S0021-9258(17)40292-4 . PMID  16907.
  15. ^ "Доктор Авраам Абуховски, доктор философии – Главная". prolongpharma.com . Получено 2020-01-15 .
  16. ^ Клаузер, Александр (руководитель), Roche Group Media Relations, «Roche в 2011 году: сильные результаты и позитивный прогноз», www.roche.com/med-cor-2012-02-01-e.pdf, 1 февраля 2012 г., стр. 7
  17. ^ "Amgen 2011 Annual Report and Financial Summary," [1] 2011 AnnualReport.pdf, 23 февраля 2012 г., стр. 71
  18. ^ Залипский, Самуэль; Пасут, Джанфранко (2020). «Эволюция конъюгации полимеров с белками». Конъюгаты полимер-белок . С. 3–22. doi :10.1016/b978-0-444-64081-9.00001-2. ISBN 9780444640819. S2CID  209731201.
  19. ^ Кабанильяс, Беатрис; Акдис, Сезми; Новак, Наталия (2020). «Аллергические реакции на первую вакцину от COVID-19: потенциальная роль полиэтиленгликоля?». Аллергия . 76 (6): 1617–1618. doi : 10.1111/all.14711 . PMID  33320974. S2CID  229284320.
  20. ^ Вайланд, Ноа; Лафраньер, Шарон; Бейкер, Майк; Томас, Кэти (17 декабря 2020 г.). «Двое работников здравоохранения Аляски получили экстренную помощь после вакцинации Pfizer». New York Times .
  21. ^ Фиргер, Джессика; Колдуэлл, Трэвис (19 декабря 2020 г.). «У третьего работника здравоохранения Аляски аллергическая реакция на вакцину от Covid-19». Cable News Network.
  22. ^ Пауэрс, Мари (29 мая 2018 г.). «Biomarin сдает выпускной экзамен с отличием: Palynziq получает одобрение FDA для лечения ФКУ у взрослых». BioWorld .
  23. ^ Леви, Харви Л.; Саркиссян, Кристине Н.; Стивенс, Рэймонд К.; Скривер, Чарльз Р. (июнь 2018 г.). «Фенилаланиновая аммиачная лиаза (PAL): от открытия до заместительной ферментной терапии фенилкетонурии». Молекулярная генетика и метаболизм . 124 (4): 223–229. doi :10.1016/j.ymgme.2018.06.002. PMID  29941359. S2CID  49411168.
  24. ^ "FDA одобряет модифицированный антигемофильный фактор для лечения гемофилии А". www.fda.gov . Архивировано из оригинала 2015-11-16.
  25. ^ Auth DR, Powell MB (14 сентября 2020 г.). «Патентные проблемы подчеркивают риски вакцины COVID-19 компании Moderna». New York Law Journal . Получено 1 декабря 2020 г.
  26. ^ Варди Н (29 июня 2020 г.). «Таинственная система доставки вакцины от коронавируса от Moderna». Forbes . Получено 1 декабря 2020 г. .
  27. ^ "Moderna проигрывает ключевой патентный спор". Nature Biotechnology . 38 (9): 1009. Сентябрь 2020. doi : 10.1038/s41587-020-0674-1. PMID  32887970. S2CID  221504018.
  28. ^ Pasut, Gianfranco; Zalipsky, Samuel (2020). Полимерно-белковые конъюгаты: от пегилирования и далее . Elsevier. ISBN 978-0-444-64082-6. OCLC  1127111107.[ нужна страница ]
  29. ^ Балаж, Дэниел А.; Годби, У. Т. (15 декабря 2011 г.). «Липосомы для использования в доставке генов». Журнал доставки лекарств . 2011 : 326497. doi : 10.1155/2011/326497 . PMC 3066571. PMID  21490748 . 
  30. ^ Pasut, Gianfranco; Veronese, Francesco M. (июль 2012 г.). «Современное состояние пегилирования: большая универсальность, достигнутая после сорока лет исследований». Journal of Controlled Release . 161 (2): 461–472. doi :10.1016/j.jconrel.2011.10.037. PMID  22094104.
  31. ^ Fee, Conan J.; Van Alstine, James M. (2006). "PEG-белки: вопросы реакционной инженерии и разделения". Chemical Engineering Science . 61 (3): 924. CiteSeerX 10.1.1.509.2865 . doi :10.1016/j.ces.2005.04.040. 
  32. ^ Веронезе, Франческо М., ред. (2009). «Очистка и характеристика белковых конъюгатов». ПЭГилированные белковые препараты: фундаментальная наука и клинические применения (Онлайн-августовское ред.). Базель: Birkhäuser. стр. 113–125. ISBN 978-3-7643-8679-5.
  33. ^ Фи, Конан Дж. (2003). «Реакционная хроматография с исключением размера (SERC): новый метод ПЭГилирования белков». Биотехнология и биоинженерия . 82 (2): 200–6. doi :10.1002/bit.10561. hdl : 10092/351 . PMID  12584761.
  34. ^ Fee, Conan J.; Damodaran, Vinod B. (2012). "Производство пегилированных белков". Технология биофармацевтического производства . стр. 199. doi :10.1002/9783527653096.ch7. ISBN 9783527653096.
  35. ^ "Полипептидные терапевтические средства и их применение". Wipo (PCT) . WO (138413A1). 2016.
  36. ^ «Способы и фармацевтические композиции для лечения кандидоза в крови». Wipo (PCT) . WO (126695A2). 2019.
  37. ^ "Формулы и методы аргиназы". Wipo (PCT) . WO (8495A2). 2011.
  38. ^ Райан, Синеад М.; Мантовани, Джузеппе; Ванг, Сюэсюань; Хэддлтон, Дэвид М.; Брейден, Дэвид Дж. (2008). «Достижения в области ПЭГилирования важных биотехнологических молекул: аспекты доставки». Экспертное мнение о доставке лекарств . 5 (4): 371–83. doi :10.1517/17425247.5.4.371. PMID  18426380. S2CID  97373496.
  39. ^ Maso, Katia; Grigoletto, Antonella; Pasut, Gianfranco (2018). «Трансглутаминазные и сиалилтрансферазные ферментативные подходы для конъюгации полимеров с белками». Терапевтические белки и пептиды . Достижения в области белковой химии и структурной биологии. Том 112. С. 123–142. doi :10.1016/bs.apcsb.2018.01.003. ISBN 9780128143407. PMID  29680235.
  40. ^ da Silva Freitas, Débora; Mero, Anna; Pasut, Gianfranco (20 марта 2013 г.). «Химическое и ферментативное сайт-специфическое ПЭГилирование hGH». Bioconjugate Chemistry . 24 (3): 456–463. doi : 10.1021/bc300594y. hdl : 11577/2574695 . PMID  23432141.
  41. ^ Каваи, Ф. (1 января 2002 г.). «Микробная деградация полиэфиров». Прикладная микробиология и биотехнология . 58 (1): 30–38. doi :10.1007/s00253-001-0850-2. PMID  11831473. S2CID  7600787.
  42. ^ Веронезе, Франческо М (март 2001 г.). «Пегилирование пептидов и белков». Биоматериалы . 22 (5): 405–417. doi :10.1016/s0142-9612(00)00193-9. PMID  11214751.
  43. ^ Гонсалес-Вальдес, Хосе; Рито-Паломарес, Марко; Бенавидес, Хорхе (июнь 2012 г.). «Достижения и тенденции в области проектирования, анализа и характеристики полимер-белковых конъюгатов для биопроцессов с ПЭГ». Аналитическая и биоаналитическая химия . 403 (8): 2225–2235. doi :10.1007/s00216-012-5845-6. PMID  22367287. S2CID  22642574.
  44. ^ Чжан, Гэнхуэй; Хань, Баочжун; Линь, Сяоянь; У, Синь; Янь, Хушэн (декабрь 2008 г.). «Модификация антимикробного пептида с низкомолекулярным поли(этиленгликолем)». Журнал биохимии . 144 (6): 781–788. doi :10.1093/jb/mvn134. PMID  18845567.
  45. ^ Обуоби, Сибил; Ван, Ин; Хара, Джасмит Сингх; Риггер, Андреас; Куан, Сиа Линг; И, Пуй Лай Рэйчел (октябрь 2018 г.). «Антимикробная и антибиопленочная активность поверхностно-инженерных поликатионных наночастиц альбумина с пониженной гемолитической активностью». Macromolecular Bioscience . 18 (10): 1800196. doi :10.1002/mabi.201800196. PMID  30066983. S2CID  51888683.
  46. ^ Чжоу, Ян; Петрова, Стелла П.; Эдгар, Кевин Дж. (2021-11-15). «Химический синтез конъюгатов полисахарид–белок и полисахарид–пептид: обзор». Углеводные полимеры . 274 : 118662. doi : 10.1016/j.carbpol.2021.118662 . ISSN  0144-8617. PMID  34702481. S2CID  239999294.

Внешние ссылки

У Scholia есть профиль для ПЭГилирования (Q682252).