PEGilación - PEGylation

Este artículo trata sobre la PEGilación en un contexto farmacéutico. Para el proceso industrial a granel, consulte Etoxilación .
Polietilenglicol

La pegilación (o pegilación ) es el proceso de unión o fusión covalente y no covalente de cadenas de polímero de polietilenglicol (PEG, en farmacia llamado macrogol ) a moléculas y macroestructuras, como un fármaco, proteína terapéutica o vesícula, que luego se describe como PEGilado .

La PEGilación se logra de forma rutinaria mediante la incubación de un derivado reactivo de PEG con la molécula diana. La unión covalente de PEG a un fármaco o proteína terapéutica puede "enmascarar" al agente del sistema inmunológico del huésped (reduciendo la inmunogenicidad y antigenicidad ) y aumentar su tamaño hidrodinámico (tamaño en solución), lo que prolonga su tiempo circulatorio al reducir el aclaramiento renal . La PEGilación también puede proporcionar solubilidad en agua a fármacos y proteínas hidrófobos . Habiendo probado sus ventajas farmacológicas y aceptabilidad, la tecnología de PEGilación es la base de una creciente industria multimillonaria.

Metodología

Una comparación de uricasa y PEG-uricasa ; La PEG-uricasa incluye 40 polímeros de PEG de 10 kDa. La PEGilación mejora su solubilidad a pH fisiológico, aumenta la semivida sérica y reduce la inmunogenicidad sin comprometer la actividad. Las imágenes superiores muestran el tetrámero completo, las imágenes inferiores muestran una de las lisinas que está PEGilada. (uricasa de PDB : 1uox y modelo de PEG-uricasa de referencia; solo se incluyen 36 polímeros de PEG)

La PEGilación es el proceso de unir las hebras del polímero PEG a moléculas, más típicamente péptidos , proteínas y fragmentos de anticuerpos , que pueden mejorar la seguridad y la eficacia de muchas terapias . Produce alteraciones en las propiedades fisicoquímicas incluyendo cambios de conformación , unión electrostática , hidrofobicidad , etc. Estos cambios físicos y químicos aumentan la retención sistémica del agente terapéutico. Además, puede influir en la afinidad de unión del resto terapéutico a los receptores celulares y puede alterar los patrones de absorción y distribución.

La pegilación, al aumentar el peso molecular de una molécula , puede impartir varias ventajas farmacológicas significativas sobre la forma no modificada, como una mejor solubilidad del fármaco , una frecuencia de dosificación reducida con una toxicidad potencialmente reducida y sin disminución de la eficacia, una vida circulante más prolongada, una mayor estabilidad del fármaco y una mayor protección contra la degradación proteolítica; Las formas pegiladas también pueden ser elegibles para protección por patente.

Fármacos pegilados

La unión de un polímero inerte e hidrófilo se informó por primera vez alrededor de 1970 para prolongar la vida sanguínea y controlar la inmunogenicidad de las proteínas . Se eligió polietilenglicol como polímero. En 1981, Davis y Abuchowski fundaron Enzon, Inc., que lanzó al mercado tres medicamentos PEGilados. Abuchowski fundó más tarde y es director ejecutivo de Prolong Pharmaceuticals.

El valor clínico de la PEGilación ahora está bien establecido. ADAGEN (pegademase bovine) fabricado por Enzon Pharmaceuticals, Inc., EE. UU. Fue la primera proteína PEGilada aprobada por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) en marzo de 1990, en ingresar al mercado. Se utiliza para tratar una forma de síndrome de inmunogenicidad combinada grave (ADA-SCID), como alternativa al trasplante de médula ósea y al reemplazo enzimático mediante terapia génica . Desde la introducción de ADAGEN, ha seguido un gran número de proteínas PEGiladas y péptidos farmacéuticos y muchos otros se encuentran en fase de ensayo clínico o en etapas de desarrollo. Las ventas de los dos productos más exitosos, Pegasys y Neulasta, superaron los $ 5 mil millones en 2011. Todos los productos farmacéuticos PEGilados disponibles comercialmente contienen metoxipoli (etilenglicol) o mPEG. Los productos farmacéuticos PEGilados en el mercado (en cronología inversa por año de aprobación de la FDA) incluyen:

Litigio de patentes

El sistema de liberación de fármacos de nanopartículas lipídicas PEGiladas (LNP) de la vacuna de ARNm conocida como ARNm-1273 ha sido objeto de un litigio de patentes en curso con Arbutus Biopharma , de quien Moderna había licenciado previamente la tecnología LNP. El 4 de septiembre de 2020, Nature Biotechnology informó que Moderna había perdido un desafío clave en el caso en curso.

Uso en investigación

La pegilación tiene usos prácticos en biotecnología para el suministro de proteínas, la transfección celular y la edición de genes en células no humanas.

Proceso

El primer paso de la PEGilación es la funcionalización adecuada del polímero de PEG en uno o ambos extremos. Los PEG que se activan en cada extremo con el mismo resto reactivo se conocen como " homobifuncionales ", mientras que si los grupos funcionales presentes son diferentes, entonces el derivado de PEG se denomina " heterobifuncional " o " heterofuncional ". Los derivados químicamente activos o activados del polímero de PEG se preparan para unir el PEG a la molécula deseada.

Los procesos generales de PEGilación utilizados hasta la fecha para la conjugación de proteínas se pueden clasificar en dos tipos, a saber, un proceso por lotes en fase de solución y un proceso por lotes con alimentación en columna. El proceso por lotes simple y comúnmente adoptado implica la mezcla de reactivos en una solución tampón adecuada , preferiblemente a una temperatura entre 4 y 6 ° C, seguida de la separación y purificación del producto deseado utilizando una técnica adecuada basada en sus propiedades fisicoquímicas . incluyendo cromatografía de exclusión por tamaño (SEC), cromatografía de intercambio iónico (IEX), cromatografía de interacción hidrofóbica (HIC) y membranas o sistemas acuosos de dos fases ( ATPS ).

La elección del grupo funcional adecuado para el derivado de PEG se basa en el tipo de grupo reactivo disponible en la molécula que se acoplará al PEG. Para las proteínas, los aminoácidos reactivos típicos incluyen lisina , cisteína , histidina , arginina , ácido aspártico , ácido glutámico , serina , treonina y tirosina . El grupo amino N-terminal y el ácido carboxílico C-terminal también se pueden usar como un sitio específico de sitio mediante conjugación con polímeros con función aldehído .

Las técnicas utilizadas para formar derivados de PEG de primera generación son generalmente haciendo reaccionar el polímero de PEG con un grupo que es reactivo con grupos hidroxilo , típicamente anhídridos , cloruros de ácido , cloroformiatos y carbonatos . En la química de la PEGilación de segunda generación se encuentran disponibles para la conjugación grupos funcionales más eficientes tales como aldehído, ésteres , amidas , etc.

A medida que las aplicaciones de la PEGilación se han vuelto cada vez más avanzadas y sofisticadas, ha aumentado la necesidad de PEG heterobifuncionales para la conjugación. Estos PEG heterobifuncionales son muy útiles para unir dos entidades, donde se necesita un espaciador hidrófilo , flexible y biocompatible . Los grupos terminales preferidos para los PEG heterobifuncionales son maleimida , vinilsulfonas , disulfuro de piridilo , amina , ácidos carboxílicos y ésteres de NHS .

Los agentes de pegilación de tercera generación, en los que el polímero ha sido ramificado, en forma de Y o en forma de peine, están disponibles y muestran una viscosidad reducida y falta de acumulación de órganos . Recientemente también se han desarrollado enfoques enzimáticos de PEGilación, ampliando así aún más las herramientas de conjugación. Los conjugados PEG-proteína obtenidos por métodos enzimáticos ya están en uso clínico, por ejemplo: Lipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct .

Limitaciones

La imprevisibilidad en los tiempos de aclaramiento de los compuestos PEGilados puede conducir a la acumulación de compuestos de gran peso molecular en el hígado que conducen a cuerpos de inclusión sin consecuencias toxicológicas conocidas. Además, la alteración de la longitud de la cadena puede dar lugar a tiempos de aclaramiento inesperados in vivo . Además, las condiciones experimentales de la reacción de PEGilación (es decir, pH, temperatura, tiempo de reacción, coste global del proceso y relación molar entre el derivado de PEG y el péptido) también influyen en la estabilidad de los productos PEGilados finales. Para superar las limitaciones mencionadas anteriormente, varios investigadores ofrecieron diferentes estrategias, como cambiar el tamaño (Mw), el número, la ubicación y el tipo de enlace de la molécula de PEG.

Ver también

Referencias

enlaces externos