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PEGilación

Polietilenglicol La PEGilación (o pegilación ) es el proceso de unión o amalgamación tanto covalente como no covalente de cadenas de polímero de polietilenglicol (PEG, en farmac...

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Polietilenglicol

La PEGilación (o pegilación ) es el proceso de unión o amalgamación tanto covalente como no covalente de cadenas de polímero de polietilenglicol (PEG, en farmacia llamado macrogol ) a moléculas y macroestructuras, como un fármaco, una proteína terapéutica o una vesícula, que luego se describe como PEGilada . [1] [2] [3] [4] La PEGilación afecta las interacciones de los derivados o agregados resultantes, lo que generalmente ralentiza su coalescencia y degradación, así como su eliminación in vivo. [5] [6]

La PEGilación se logra rutinariamente 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" el agente del sistema inmunológico del huésped (reduciendo la inmunogenicidad y la antigenicidad ) y aumentar su tamaño hidrodinámico (tamaño en solución), lo que prolonga su tiempo de circulación al reducir el aclaramiento renal . La PEGilación también puede proporcionar solubilidad en agua a fármacos y proteínas hidrófobas . Habiendo demostrado sus ventajas farmacológicas y su aceptabilidad, la tecnología de PEGilación es la base de una creciente industria multimillonaria. [7]

Metodología

Comparación de la uricasa y la 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. (La uricasa de PDB : 1uox​ y el modelo de PEG-uricasa de referencia; [8] solo se incluyen 36 polímeros de PEG)

La PEGilación es el proceso de unión de las hebras del polímero PEG a moléculas, más típicamente péptidos , proteínas y fragmentos de anticuerpos , que pueden mejorar la seguridad y eficiencia de muchos productos terapéuticos . [9] [10] Produce alteraciones en las propiedades fisicoquímicas, incluidos 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 de la fracción terapéutica 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 la protección por patente. [11]

Fármacos pegilados

La primera vez que se informó sobre la unión de un polímero inerte e hidrófilo fue alrededor de 1970 para prolongar la vida de la sangre y controlar la inmunogenicidad de las proteínas . [12] Se eligió polietilenglicol como polímero. [13] [14] En 1981, Davis y Abuchowski fundaron Enzon, Inc., que comercializó tres fármacos PEGilados. Abuchowski más tarde fundó y es director ejecutivo de Prolong Pharmaceuticals. [15]

El valor clínico de la PEGilación está bien establecido en la actualidad. ADAGEN (pegademasa bovina) fabricada por Enzon Pharmaceuticals, Inc., EE. UU., fue la primera proteína PEGilada aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) en marzo de 1990, para ingresar al mercado. Se utiliza para tratar una forma de síndrome de inmunodeficiencia combinada grave (ADA-SCID), como una alternativa al trasplante de médula ósea y al reemplazo enzimático por terapia génica . Desde la introducción de ADAGEN, se han creado una gran cantidad de productos farmacéuticos proteicos y peptídicos PEGilados y muchos otros se encuentran en ensayos clínicos o en etapas de desarrollo. Las ventas de los dos productos más exitosos, Pegasys y Neulasta, superaron los $5 mil millones en 2011. [16] [17] 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) han incluido: [18]

Litigios de patentes

El sistema de administración de fármacos (LNP) a partir de nanopartículas lipídicas pegiladas 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 obtenido previamente la licencia de la tecnología LNP. [25] [26] El 4 de septiembre de 2020, Nature Biotechnology informó que Moderna había perdido un desafío clave en el caso en curso. [27]

Uso en investigación

La PEGilación tiene usos prácticos en biotecnología para la administración de proteínas, [28] la transfección de células y la edición de genes en células no humanas. [29]

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 la misma fracción reactiva 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. [30]

Los procesos generales de PEGilación utilizados hasta la fecha para la conjugación de proteínas se pueden clasificar ampliamente en dos tipos, a saber, un proceso por lotes en fase de solución y un proceso por lotes alimentados en columna. [31] El proceso por lotes simple y comúnmente adoptado implica la mezcla de reactivos juntos en una solución tampón adecuada , preferiblemente a una temperatura entre 4 y 6 °C, seguido 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 ). [32] [33]

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 utilizar como un sitio específico mediante conjugación con polímeros funcionales aldehído . [34]

Las técnicas utilizadas para formar derivados de PEG de primera generación generalmente consisten en hacer 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 PEGilación de segunda generación , se ponen a disposición grupos funcionales más eficientes, como aldehído, ésteres , amidas , etc., para la conjugación.

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 hidrofílico , flexible y biocompatible . Los grupos terminales preferidos para los PEG heterobifuncionales son maleimida , sulfonas de vinilo , disulfuro de piridilo , amina , ácidos carboxílicos y ésteres de NHS . [35] [36] [37]

Los agentes de pegilación de tercera generación, donde 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 en los órganos . [38] Recientemente también se han desarrollado enfoques enzimáticos de PEGilación, ampliando así aún más las herramientas de conjugación. [39] [40] Los conjugados de PEG-proteína obtenidos por métodos enzimáticos ya se encuentran en uso clínico, por ejemplo: Lipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct .

Limitaciones

La imprevisibilidad en los tiempos de depuración de los compuestos PEGilados puede conducir a la acumulación de compuestos de gran peso molecular en el hígado dando lugar a cuerpos de inclusión sin consecuencias toxicológicas conocidas. [41] Además, la alteración de la longitud de la cadena puede conducir a tiempos de depuración inesperados in vivo . [42] Además, las condiciones experimentales de la reacción de PEGilación (es decir, pH, temperatura, tiempo de reacción, coste total del proceso y relación molar entre el derivado de PEG y el péptido) también tienen un impacto en la estabilidad de los productos PEGilados finales. [43] 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. [44] [45] La conjugación con polisacáridos biodegradables , que es una alternativa prometedora a la PEGilación, es otra forma de resolver el problema de la biodegradabilidad del PEG. [46]

Véase también

Referencias

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