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 . [1] [2] [3] [4]
La PEGilación se consigue habitualmente 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. [5]
Metodología
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 . [7] [8] Produce alteraciones en las propiedades fisicoquímicas incluyendo cambios en la 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 importantes 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. [9]
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 . [10] Se eligió polietilenglicol como polímero. [11] [12] 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. [13]
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 están en fase de ensayo clínico o en etapas de desarrollo. Las ventas de los dos productos más exitosos, Pegasys y Neulasta, excedieron los $ 5 mil millones en 2011. [14] [15] 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: [16]
- A PEGilada lípido se utiliza como un excipiente en tanto la vacuna Moderna y la vacuna Pfizer-BionTech COVID-19 . Ambas vacunas de ARN consisten en ARN mensajero, o ARNm, encerrado en una burbuja de moléculas aceitosas llamadas lípidos. Para cada uno se utiliza tecnología de lípidos patentada. En ambas vacunas, las burbujas están recubiertas con una molécula estabilizadora de polietilenglicol. A diciembre de 2020, existe cierta preocupación de que el PEG pueda desencadenar una reacción alérgica, [17] [18] como parece haber ocurrido el 19 de diciembre, en al menos tres personas "trabajadores de la salud de Alaska" a las que se les administró Pfizer-BioNTech Vacuna para el COVID-19. [19]
- Pegvaliase (Biomarin): fenilalanina amoniaco-liasa recombinante pegilada para el tratamiento de la fenilcetonuria , aprobada por la FDA para los EE. UU. En mayo de 2018. [20] [21]
- Adynovate - PEGilado antihemofílico Factor VIII para el tratamiento de pacientes con hemofilia A . ( Baxalta , 2015) [22]
- Liposoma de irinotecán (Onivyde): clorhidrato de irinotecán liposomal pegilado trihidrato para el tratamiento del cáncer de páncreas metastásico en adultos que siguen un tratamiento con terapia basada en gemcitabina . ( Ipsen , 2015)
- Plegridy : interferón beta-1a pegilado para el tratamiento de pacientes con formas recurrentes de esclerosis múltiple . ( Biogen , 2014)
- Naloxegol (Movantik): naloxol pegilado para el tratamiento del estreñimiento inducido por opioides en pacientes adultos con dolor crónico no relacionado con el cáncer (la metadona no pegilada puede causar reacciones gastrointestinales adversas). ( AstraZeneca , 2014)
- Peginesatida (Omontys): medicamento que se administra una vez al mes para tratar la anemia asociada con la enfermedad renal crónica en pacientes adultos en diálisis ( Affymax / Takeda Pharmaceuticals , 2012)
- Pegloticasa (Krystexxa): uricasa PEGilada para el tratamiento de la gota ( Savient , 2010)
- Certolizumab pegol (Cimzia): anticuerpo monoclonal para el tratamiento de la artritis reumatoide de moderada a grave y la enfermedad de Crohn , un trastorno inflamatorio gastrointestinal ( Nektar / UCB Pharma , 2008)
- Metoxi polietilenglicol epoetina beta (Mircera): forma pegilada de eritropoyetina para combatir la anemia asociada con la enfermedad renal crónica ( Roche , 2007)
- Pegaptanib (Macugen): se usa para tratar la degeneración macular neovascular relacionada con la edad ( Pfizer , 2004)
- Pegfilgrastim (Neulasta): factor estimulante de colonias de granulocitos humanos metionil recombinante pegilado para la neutropenia inducida por quimioterapia de cáncer severo ( Amgen , 2002)
- Pegvisomant (Somavert) - PEG - antagonista del receptor de muteína de la hormona del crecimiento humano para el tratamiento de la acromegalia ( Pfizer , 2002)
- Peginterferón alfa-2a (Pegasys): interferón alfa pegilado para su uso en el tratamiento de la hepatitis C crónica y la hepatitis B ( Hoffmann-La Roche , 2002)
- Peginterferon alfa-2b (PegIntron): interferón alfa pegilado para su uso en el tratamiento de la hepatitis C crónica y la hepatitis B ( Schering-Plough / Enzon , 2000)
- Liposoma de doxorrubicina HCl (Doxil / Caelyx): liposoma pegilado que contiene doxorrubicina para el tratamiento del cáncer (Alza, 1995)
- Pegaspargasa (Oncaspar): L-asparaginasa pegilada para el tratamiento de la leucemia linfoblástica aguda en pacientes hipersensibles a la forma nativa no modificada de L-asparaginasa ( Enzon , 1994). Este medicamento fue aprobado recientemente para uso de primera línea.
- Pegademase bovine (Adagen) - PEG- adenosina desaminasa para el tratamiento de la enfermedad por inmunodeficiencia combinada grave (SCID) (Enzon, 1990)
Litigio de patentes
El sistema de administración de fármacos con 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. [23] [24] El 4 de septiembre de 2020, Nature Biotechnology informó que Moderna había perdido un desafío clave en el caso en curso. [25]
Uso en investigación
La pegilación tiene usos prácticos en biotecnología para el suministro de proteínas, [26] transfección celular y edición de genes en células no humanas. [27]
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. [28]
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. [29] 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 su propiedades fisicoquímicas , incluida la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC), la cromatografía de intercambio iónico (IEX), la cromatografía de interacción hidrofóbica (HIC) y las membranas o sistemas acuosos de dos fases ( ATPS ). [30] [31]
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 . [32]
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 . [33] [34] [35]
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 . [36] Recientemente también se han desarrollado enfoques enzimáticos de PEGilación, ampliando así aún más las herramientas de conjugación. [37] [38] 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. [39] Además, la alteración de la longitud de la cadena puede dar lugar a tiempos de eliminación inesperados in vivo . [40] 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. [41] 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 [42]
Ver también
- Citocromo c
- Interferón
- Desorción / ionización láser asistida por matriz
- Proteómica
- Nanopartículas lipídicas sólidas
Referencias
- ^ Jokerst, JV; Lobovkina, T .; Zare, RN; Gambhir, SS (2011). "PEGilación de nanopartículas para formación de imágenes y terapia" . Nanomedicina . 6 (4): 715–728. doi : 10.2217 / nnm.11.19 . PMC 3217316 . PMID 21718180 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Knop, K .; Hoogenboom, R .; Fischer, D .; Schubert, Estados Unidos (2010). "Polietilenglicol en la administración de fármacos: pros y contras, así como posibles alternativas". Angew. Chem. En t. Ed . 49 (36): 6288–6308. doi : 10.1002 / anie.200902672 . PMID 20648499 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Veronese, FM; Mero, A. (2008). "El impacto de la PEGilación en las terapias biológicas". BioDrogas . 22 (5): 315–329. doi : 10.2165 / 00063030-200822050-00004 . PMID 18778113 . S2CID 23901382 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Veronese, Francesco M .; Pasut, Gianfranco (noviembre de 2005). "PEGilación, enfoque exitoso para la administración de fármacos" . Descubrimiento de drogas hoy . 10 (21): 1451–1458. doi : 10.1016 / S1359-6446 (05) 03575-0 . PMID 16243265 .
- ^ Damodaran VB; Cuota CJ (2010). "PEGilación de proteínas: una descripción general de las consideraciones de química y proceso" . Revista farmacéutica europea . 15 (1): 18-26.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Sherman, MR; Saifer, MG; Pérez-Ruiz, F (3 de enero de 2008). "PEG-uricasa en el manejo de la gota resistente al tratamiento y la hiperuricemia". Revisiones avanzadas de entrega de medicamentos . 60 (1): 59–68. doi : 10.1016 / j.addr.2007.06.011 . PMID 17826865 .
- ^ Veronese, FM; Harris, JM (2002). "Introducción y descripción general de la pegilación de péptidos y proteínas". Revisiones avanzadas de entrega de medicamentos . 54 (4): 453–456. doi : 10.1016 / S0169-409X (02) 00020-0 . PMID 12052707 .
- ^ Porfiryeva, NN; Moustafine, RI; Khutoryanskiy, VV (1 de enero de 2020). "Sistemas pegilados en farmacéutica" (PDF) . Polymer Science, Serie C . 62 (1): 62–74. doi : 10.1134 / S181123822001004X . ISSN 1555-614X .
- ^ Milla, P; Dosio, F (13 de enero de 2012). "PEGilación de proteínas y liposomas: una estrategia potente y flexible para mejorar la entrega de fármacos". Metabolismo actual de los fármacos . 13 (1): 105-119. doi : 10.2174 / 138920012798356934 . hdl : 2318/86788 . PMID 21892917 .
- ^ Davis, Frank F. (2002). "El origen de la pegnología". Revisiones avanzadas de entrega de medicamentos . 54 (4): 457–8. doi : 10.1016 / S0169-409X (02) 00021-2 . PMID 12052708 .
- ^ Abuchowski, A; Van Es, T; Palczuk, Carolina del Norte; Davis, FF (1977). "Alteración de las propiedades inmunológicas de la albúmina de suero bovino por unión covalente de polietilenglicol". La revista de química biológica . 252 (11): 3578–81. PMID 405385 .
- ^ Abuchowski, A; McCoy, JR; Palczuk, Carolina del Norte; Van Es, T; Davis, FF (1977). "Efecto de la unión covalente de polietilenglicol sobre la inmunogenicidad y la vida circulante de la catalasa de hígado bovino". La revista de química biológica . 252 (11): 3582–6. PMID 16907 .
- ^ "Dr. Abraham Abuchowski, Ph.D. - Inicio" . prolongpharma.com . Consultado el 15 de enero de 2020 .
- ^ Klauser, Alexander (Jefe), Relaciones con los medios del Grupo Roche, "Roche en 2011: resultados sólidos y perspectivas positivas", www.roche.com/med-cor-2012-02-01-e.pdf, 1 de febrero de 2012, p.7
- ^ "Informe anual y resumen financiero de Amgen 2011", [1] 2011 AnnualReport.pdf, 23 de febrero de 2012, p. 71
- ^ Zalipsky, Samuel; Pasut, Gianfranco (01/01/2020), Pasut, Gianfranco; Zalipsky, Samuel (eds.), "1 - Evolución de la conjugación de polímeros a proteínas" , Conjugados polímero-proteína , Elsevier, págs. 3-22, doi : 10.1016 / b978-0-444-64081-9.00001-2 , ISBN 978-0-444-64081-9, consultado 2020-12-02
- ^ Cabanillas, Beatriz; Akdis, Cezmi; Novak, Natalija (2020). "Reacciones alérgicas a la primera vacuna COVID-19: ¿un papel potencial del polietilenglicol?" . Alergia . doi : 10.1111 / all.14711 . S2CID 229284320 .
- ^ Weiland, Noah; LaFraniere, Sharon; Baker, Mike; Thomas, Katie (17 de diciembre de 2020). "2 trabajadores de la salud de Alaska recibieron tratamiento de emergencia después de recibir la vacuna de Pfizer" . New York Times .
- ^ Firger, Jessica; Caldwell, Travis (19 de diciembre de 2020). "Tercer trabajador de la salud de Alaska tiene una reacción alérgica a la vacuna Covid-19" . Red de Noticias por Cable.
- ^ Powers, Marie (29 de mayo de 2018). "Examen final de ases de biomarin: Palynziq obtiene la aprobación de la FDA para tratar la PKU en adultos" . BioWorld .
- ^ Levy, Harvey L .; Sarkissian, Christineh N .; Stevens, Raymond C .; Scriver, Charles R. (junio de 2018). "Fenilalanina amoniacal liasa (PAL): desde el descubrimiento hasta la terapia de sustitución enzimática para la fenilcetonuria". Genética molecular y metabolismo . 124 (4): 223-229. doi : 10.1016 / j.ymgme.2018.06.002 . PMID 29941359 .
- ^ https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm472643.htm
- ^ Auth DR, Powell MB (14 de septiembre de 2020). "Temas de patentes destacan los riesgos de la vacuna COVID-19 de Moderna" . Revista de Derecho de Nueva York . Consultado el 1 de diciembre de 2020 .
- ^ Vardi N (29 de junio de 2020). "El misterioso sistema de administración de vacunas contra el coronavirus de Moderna" . Forbes . Consultado el 1 de diciembre de 2020 .
- ^ "Moderna pierde desafío de patente clave" . Biotecnología de la naturaleza . 38 (9): 1009. Septiembre de 2020. doi : 10.1038 / s41587-020-0674-1 . PMID 32887970 . S2CID 221504018 .
- ^ Conjugados polímero-proteína: desde la pegilación y más allá . Pasut, Gianfranco., Zalipsky, Samuel, 1954-. Amsterdam: Elsevier. 2020. ISBN 978-0-444-64082-6. OCLC 1127111107 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ Balazs, Daniel; Godbey, WT (29 de octubre de 2010). "Liposomas para uso en la entrega de genes" . Journal of Drug Delivery . 2011 : 326497. doi : 10.1155 / 2011/326497 . PMC 3066571 . PMID 21490748 .
- ^ Pasut, G .; Veronese, FM (2012). "Estado del arte en PEGilación: La gran versatilidad lograda después de cuarenta años de investigación". Diario de liberación controlada . 161 (2): 461–472. doi : 10.1016 / j.jconrel.2011.10.037 . PMID 22094104 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Fee, Conan J .; Van Alstine, James M. (2006). "PEG-proteínas: ingeniería de reacción y cuestiones de separación". Ciencias de la Ingeniería Química . 61 (3): 924. CiteSeerX 10.1.1.509.2865 . doi : 10.1016 / j.ces.2005.04.040 .
- ^ Veronese, editado por Francesco M. (2009). "Purificación y caracterización de conjugados proteicos". Fármacos proteicos pegilados, ciencia básica y aplicaciones clínicas (Online-Ausg. Ed.). Basilea: Birkhäuser. págs. 113-125. ISBN 978-3-7643-8679-5.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )
- ^ Tarifa, Conan J. (2003). "Cromatografía de reacción de exclusión por tamaño (SERC): una nueva técnica para la PEGilación de proteínas". Biotecnología y Bioingeniería . 82 (2): 200–6. doi : 10.1002 / bit.10561 . hdl : 10092/351 . PMID 12584761 .
- ^ Fee, Conan J .; Damodaran, Vinod B. (2012). "Producción de proteínas pegiladas". Tecnología de producción biofarmacéutica . pag. 199. doi : 10.1002 / 9783527653096.ch7 . ISBN 9783527653096.
- ^ "Terapéutica de polipéptidos y usos de los mismos". OMPI (PCT) . WO (138413A1). 2016.
- ^ "Métodos y composiciones farmacéuticas para el tratamiento de candida auris en sangre". OMPI (PCT) . WO (126695A2). 2019.
- ^ "Formulaciones y métodos de arginasa". OMPI (PCT) . WO (8495A2). 2011.
- ^ Ryan, Sinéad M; Mantovani, Giuseppe; Wang, Xuexuan; Haddleton, David M; Brayden, David J (2008). "Avances en la PEGilación de importantes moléculas biotecnológicas: aspectos de la entrega". Opinión de expertos sobre la administración de fármacos . 5 (4): 371–83. doi : 10.1517 / 17425247.5.4.371 . PMID 18426380 . S2CID 97373496 .
- ^ Maso, Katia; Grigoletto, Antonella; Pasut, Gianfranco (2018), "Enfoques enzimáticos de transglutaminasa y sialiltransferasa para la conjugación de polímeros con proteínas" , Avances en química de proteínas y biología estructural , Elsevier, 112 : 123-142, doi : 10.1016 / bs.apcsb.2018.01.003 , ISBN 978-0-12-814340-7, PMID 29680235 , consultado el 2 de diciembre de 2020
- ^ da Silva Freitas, Débora; Mero, Anna; Pasut, Gianfranco (20 de marzo de 2013). "PEGilación específica de sitio químico y enzimático de hGH" . Química del bioconjugado . 24 (3): 456–463. doi : 10.1021 / bc300594y . ISSN 1043-1802 . PMID 23432141 .
- ^ Kawai, F (2002). "Degradación microbiana de poliéteres". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 58 (1): 30–8. doi : 10.1007 / s00253-001-0850-2 . PMID 11831473 . S2CID 7600787 .
- ^ Veronese, FM (2001). "PEGilación de péptidos y proteínas: una revisión de problemas y soluciones". Biomateriales . 22 (5): 405-17. doi : 10.1016 / s0142-9612 (00) 00193-9 . PMID 11214751 .
- ^ J. González-Valdez, M. Rito-Palomares, J. Benavides, Avances y tendencias en el diseño, análisis y caracterización de conjugados polímero-proteína para bioprocesos “PEGylaided”, Anal. Bioanal. Chem. 403 (2012) 2225–2235. doi: 10.1007 / s00216-012-5845-6.
- ^ G. Zhang, B. Han, X. Lin, X. Wu, H. Yan, Modificación del péptido antimicrobiano con poli (etilenglicol) de baja masa molar, J. Biochem. (Tokio). 144 (2008) 781–788. doi: 10.1093 / jb / mvn134. [19] S. Obuobi, Y. Wang, JS Khara, A. Riegger, SL Kuan, PLR Ee, Actividades antimicrobianas y anti-biofilm de nanopartículas de albúmina policatiónica de superficie modificada con actividad hemolítica reducida, Macromol. Biosci. 18 (2018) 1800196. doi: 10.1002 / mabi.201800196.
enlaces externos
- PEGilación , ScienceDirect (2017)