PEGylace

Strukturní vzorec polyethylenglykolu

Jako PEGylace se označuje kovalentní i nekovalentní připojování polyethylenglykolu (PEG) na molekuly a makroskopické struktury, jako jsou léčiva nebo bílkoviny.[1][2][3] Provádí se zahříváním reaktivního derivátu PEG s příslušnou látkou. Kovalentní navázání polyethylenglykolu na léčivo může toto léčivo z pohledu imunitního systému zakrýt a také pomocí něj lze rozpustit hydrofobní léčiva a bílkoviny.[4]

Využití

Srovnání urikázy a PEG-urikázy; PEG-urikáza má na molekule navázaných 40 molekul 10kDa PEG. PEGylace zlepšuje rozpustnost při fysiologickém pH, prodlužuje poločas séra a omezuje imunogenitu, aniž by došlo ke snížení aktivity. Na obrázcích nahoře je celý tetramer, dole jeden z PEGylovaných lysinů.[5]

PEGylace spočívá v připojování řetězců PEG na molekuly, obvykle peptidy, bílkoviny a protilátky, za účelem vylepšení vlastností léčiv.[6] Při tom může například dojít ke změně chemické struktury, elektrostatického působení mezi molekulami či hydrofobnosti látky. Tímto dochází ke změně schopnosti látky navázat se na buněčné receptory a tím ovlivnění absorpce a distribuce. Rovněž lze pomocí PEGylace upravit rozpustnost léčiva a prodloužit intervaly mezi jeho dávkováním, čímž se často sníží toxicita, aniž by došlo k oslabení účinku, také zvýšit stabilitu a odolnost vůči proteázám.[7]

Ve výzkumu

Ve výzkumu se PEGylace uplatňuje při přenosu bílkovin, buněčné transfekci a úpravách genomu.[8]

Průběh

Prvník krokem PEGylace bývá funkcionalizace PEG na jednom z konců molekuly. Pokud k ní dojde na obou koncích, tak může být vzniklý produkt „homobifunkční“ (pokud se navážou dvě stejné skupiny) nebo „heterobifunkční“ (při navázání dvou různých skupin). Chemicky aktivní a nebo aktivované deriváty se připravují navázáním PEG na požadovanou molekulu.[9]

Výběr použité funkční skupiny se provádí podle druhu reaktivní skupiny na molekule, na kterou se má PEG navázat; u bílkovin to bývají reaktivní aminokyseliny jako například lysin, cystein, histidin, arginin, kyselina asparagová, kyselina glutamová, serin, threonin a tyrosin. Při konjugaci s aldehydovými polymery lze využít též aminovou skupinu na N-konci nebo karboxylovou skupinu na C-konci.[10]

Deriváty první generace se připravují reakcí PEG se skupinou, která má reaktivní hydroxyly, například anhydridem, acylchloridem nebo chlormravenčanem. U druhé generace se využívají reakce s vhodnějšími skupinami, jako jsou aldehydy, estery a amidy.

Objevuje se vysoká poptávka po heterobifunkčních derivátech polyethylenglykolu; lze je totiž použít ke spojení dvou molekul tam, kde je potřeba hydrofilní, flexibilní a biokompatibilní molekuly. Nejčastěji používanými funkčními skupinami u heterobifunkčních derivátů jsou maleimid, vinylsulfony, pyridyldisulfid, aminy, karboxylové kyseliny a estery N-hydroxysukcinimidu.

PEGylační činidla třetí generace se používají, pokud je polymer rozvětvený do tvaru připomínajícího hřeben nebo Y, kde snižují viskozitu a zlepšují akumulaci v orgánech.[11]

Omezení

Nepředvídatelná rychlost odstraňování derivátů PEG z krevní plazmy může vést k hromadění sloučenin s vysokou molekulovou hmotností v játrech, u něhož však není známo, že by bylo toxikologicky významné.[12] Změna délky řetězce může in vivo vést k nepředvídatelným změnám v odbourávání polymeru.[13] Stabilitu PEGylovaných produktů mohou také ovlivňovat reakční podmínky, jako jsou pH, teplota, doba provádění reakce a poměr látkového množství peptidu a derivátu PEG.[14] K překonání těchto omezení bylo vyvinuto několik postupů, například změna molekulové hmotnosti nebo polohy a druhu vazby PEG na peptid.[15]

Odkazy

Související články

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku PEGylation na anglické Wikipedii.

  1. J. V. Jokerst; T. Lobovkina; R. N. Zare; S. S. Gambhir. Nanoparticle PEGylation for imaging and therapy. Nanomedicine. 2011, s. 715–728. PMID 21718180. 
  2. K. Knop; R. Hoogenboom; D. Fischer; U. S. Schubert. Poly(ethylene glycol) in Drug Delivery: Pros and Cons as Well as Potential Alternatives. Angewandte Chemie International Edition. 2010, s. 6288–6308. PMID 20648499. 
  3. F. M. Veronese; A. Mero. The impact of PEGylation on biological therapies. BioDrugs. 2008, s. 315–329. PMID 18778113. 
  4. V. B. Damodaran; C. J. Fee. Protein PEGylation: An overview of chemistry and process considerations. European Pharmaceutical Review. 2010, s. 18–26. Dostupné online. 
  5. M. R. Sherman; M. G. Saifer; F. Perez-Ruiz. PEG-uricase in the management of treatment-resistant gout and hyperuricemia. Advanced Drug Delivery Reviews. 2008-03-01, s. 59–68. PMID 17826865. 
  6. F. M. Veronese; J. M. Perez-Ruiz. Introduction and overview of peptide and protein pegylation. Advanced Drug Delivery Reviews. 2002, s. 453–456. PMID 12052707. 
  7. P. Milla; F. Dosio. PEGylation of proteins and liposomes: a powerful and flexible strategy to improve the drug delivery. Current Drug Metabolism. 2012-01-13, s. 105–119. PMID 21892917. 
  8. Daniel Balazs; W. T. Godbey. Liposomes for Use in Gene Delivery. Journal of Drug Delivery. 2010-10-29, s. 326497. PMID 21490748. 
  9. G. Pasu; F. M. Veronese. State of the art in PEGylation: The great versatility achieved after forty years of research. Journal of Controlled Release. 2012, s. 461–472. PMID 22094104. 
  10. Conan J. Fee; Vinod B. Damodaran. Production of PEGylated Proteins. Biopharmaceutical Production Technology. 2012, s. 199. ISBN 9783527653096. 
  11. Sinéad M. Ryan; Giuseppe Mantovani; Xuexuan Wang; David M. Haddleton; David J. Brayden. Advances in PEGylation of important biotech molecules: Delivery aspects. Expert Opinion on Drug Delivery. 2008, s. 371–383. PMID 18426380. 
  12. F. Kawai. Microbial degradation of polyethers. Applied Microbiology and Biotechnology. 2002, s. 30–38. PMID 11831473. 
  13. F. M. Veronese. Peptide and protein PEGylation: A review of problems and solutions. Biomaterials. 2001, s. 405–417. PMID 11214751. 
  14. J. González-Valdez, M. Rito-Palomares, J. Benavides, Advances and trends in the design, analysis, and characterization of polymer–protein conjugates for “PEGylaided” bioprocesses, Anal. Bioanal. Chem. 403 (2012) 2225–2235. doi:10.1007/s00216-012-5845-6.
  15. G. Zhang, B. Han, X. Lin, X. Wu, H. Yan, Modification of Antimicrobial Peptide with Low Molar Mass Poly(ethylene glycol), J. Biochem. (Tokyo). 144 (2008) 781–788. doi:10.1093/jb/mvn134. [19] S. Obuobi, Y. Wang, J.S. Khara, A. Riegger, S.L. Kuan, P.L.R. Ee, Antimicrobial and Anti-Biofilm Activities of Surface Engineered Polycationic Albumin Nanoparticles with Reduced Hemolytic Activity, Macromol. Biosci. 18 (2018) 1800196. doi:10.1002/mabi.201800196.

Média použitá na této stránce

Poly(ethylene glycol) alternate.svg
Chemical structure of poly(ethylene glycol)
PegUricase.png
Autor: Evolution and evolvability, Licence: CC BY 4.0
A comparison of uricase (pdb:1uox) and PEG-uricase (model). PEG-uricase includes 40 polymers of 10kDa PEG. PEGylation improves its solubility at physiological pH, increases serum half-life and reduces immunogenicity without compromising activity. Upper images show the whole tetramer, lower images show an example of one of the lysines that is PEGylated. (PEG-uricase model from reference[1], only 36 PEG polymers included)