PEGylation - PEGylation

Cet article porte sur la PEGylation dans un contexte pharmaceutique. Pour le procédé industriel en vrac, voir Ethoxylation .
Polyéthylène glycol

La pégylation (ou pégylation ) est le processus d'attachement ou d'amalgame à la fois covalent et non covalent de chaînes polymères de polyéthylène glycol (PEG, en pharmacie appelé macrogol ) à des molécules et des macrostructures, telles qu'un médicament, une protéine thérapeutique ou une vésicule, qui est ensuite décrite comme PEGylé .

La PEGylation est réalisée en routine par l'incubation d'un dérivé réactif du PEG avec la molécule cible. L'attachement covalent du PEG à un médicament ou à une protéine thérapeutique peut « masquer » l'agent du système immunitaire de l'hôte (réduction de l' immunogénicité et de l' antigénicité ), et augmenter sa taille hydrodynamique (taille en solution), ce qui prolonge son temps de circulation en réduisant la clairance rénale . La pégylation peut également fournir une solubilité dans l'eau aux médicaments et aux protéines hydrophobes . Ayant prouvé ses avantages pharmacologiques et son acceptabilité, la technologie PEGylation est le fondement d'une industrie croissante de plusieurs milliards de dollars.

Méthodologie

Une comparaison de l' uricase et de la PEG-uricase ; La PEG-uricase comprend 40 polymères de PEG 10kDa. La PEGylation améliore sa solubilité au pH physiologique, augmente la demi-vie sérique et réduit l'immunogénicité sans compromettre l'activité. Les images supérieures montrent le tétramère entier, les images inférieures montrent l'une des lysines qui est PEGylée. (uricase de PDB : 1uox​ et modèle PEG-uricase de référence ; seulement 36 polymères PEG inclus)

La PEGylation est le processus d'attachement des brins du polymère PEG à des molécules, le plus souvent des peptides , des protéines et des fragments d' anticorps , qui peuvent améliorer la sécurité et l'efficacité de nombreux traitements . Il produit des altérations des propriétés physicochimiques , notamment des changements de conformation , de liaison électrostatique , d' hydrophobie, etc. Ces changements physiques et chimiques augmentent la rétention systémique de l'agent thérapeutique. En outre, il peut influencer l'affinité de liaison de la fraction thérapeutique aux récepteurs cellulaires et peut modifier les schémas d'absorption et de distribution.

La pégylation, en augmentant le poids moléculaire d'une molécule , peut conférer plusieurs avantages pharmacologiques importants par rapport à la forme non modifiée, tels qu'une solubilité améliorée du médicament , une fréquence de dosage réduite avec une toxicité potentiellement réduite et sans diminution de l'efficacité, une durée de vie circulante prolongée, une stabilité accrue du médicament et une amélioration de protection contre la dégradation protéolytique; Les formes pégylées peuvent également être éligibles à la protection par brevet.

Médicaments pégylés

La fixation d'un polymère inerte et hydrophile a été signalée pour la première fois vers 1970 pour prolonger la durée de vie du sang et contrôler l' immunogénicité des protéines . Le polyéthylène glycol a été choisi comme polymère. En 1981, Davis et Abuchowski ont fondé Enzon, Inc., qui a mis sur le marché trois médicaments pégylés. Abuchowski a ensuite fondé et est PDG de Prolong Pharmaceuticals.

La valeur clinique de la PEGylation est maintenant bien établie. ADAGEN (pegademase bovine) fabriqué par Enzon Pharmaceuticals, Inc., États-Unis a été la première protéine pégylée approuvée par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis en mars 1990, à entrer sur le marché. Il est utilisé pour traiter une forme de syndrome d'immunogénicité combinée sévère (ADA-SCID), comme alternative à la greffe de moelle osseuse et au remplacement enzymatique par thérapie génique . Depuis l'introduction d'ADAGEN, un grand nombre de produits pharmaceutiques à base de protéines et de peptides pégylés ont suivi et de nombreux autres sont en cours d'essais cliniques ou de développement. Les ventes des deux produits les plus performants, Pegasys et Neulasta, ont dépassé les 5 milliards de dollars en 2011. Tous les produits pharmaceutiques PEGylés disponibles dans le commerce contiennent du méthoxypoly(éthylène glycol) ou mPEG. Les produits pharmaceutiques pégylés sur le marché (en chronologie inverse par année d'approbation de la FDA) comprennent :

Contentieux des brevets

Le système d' administration de médicaments à nanoparticules lipidiques pégylées (LNP) du vaccin à ARNm connu sous le nom d' ARNm-1273 a fait l'objet d'un litige de brevet en cours avec Arbutus Biopharma , dont Moderna avait précédemment autorisé la technologie LNP. Le 4 septembre 2020, Nature Biotechnology a signalé que Moderna avait perdu un défi clé dans l'affaire en cours.

Utilisation en recherche

La PEGylation a des utilisations pratiques en biotechnologie pour l'administration de protéines, la transfection cellulaire et l'édition de gènes dans des cellules non humaines.

Traiter

La première étape de la PEGylation est la fonctionnalisation appropriée du polymère PEG à une ou aux deux extrémités. Les PEG activés à chaque extrémité avec le même fragment réactif sont dits « homobifonctionnels », alors que si les groupements fonctionnels présents sont différents, alors le dérivé de PEG est dit « hétérobifonctionnel » ou « hétérofonctionnel ». Les dérivés chimiquement actifs ou activés du polymère PEG sont préparés pour attacher le PEG à la molécule souhaitée.

Les processus globaux de PEGylation utilisés à ce jour pour la conjugaison des protéines peuvent être classés en deux types, à savoir un processus discontinu en phase solution et un processus fed-batch sur colonne. Le procédé discontinu simple et couramment adopté implique le mélange des réactifs entre eux dans une solution tampon appropriée , de préférence à une température comprise entre 4 et 6 °C, suivi de la séparation et de la purification du produit souhaité à l'aide d'une technique appropriée basée sur ses propriétés physico-chimiques , y compris la chromatographie d'exclusion stérique (SEC), la chromatographie d'échange d'ions (IEX), la chromatographie d'interaction hydrophobe (HIC) et les membranes ou les systèmes aqueux à deux phases ( ATPS ).

Le choix du groupe fonctionnel approprié pour le dérivé de PEG est basé sur le type de groupe réactif disponible sur la molécule qui sera couplée au PEG. Pour les protéines, les acides aminés réactifs typiques comprennent la lysine , la cystéine , l' histidine , l' arginine , l'acide aspartique , l'acide glutamique , la sérine , la thréonine et la tyrosine . Le groupe amino N-terminal et l' acide carboxylique C-terminal peuvent également être utilisés comme site spécifique de site par conjugaison avec des polymères à fonction aldéhyde .

Les techniques utilisées pour former des dérivés de PEG de première génération consistent généralement à faire réagir le polymère PEG avec un groupe réactif avec les groupes hydroxyle , typiquement des anhydrides , des chlorures d'acides , des chloroformiates et des carbonates . Dans la chimie de PEGylation de deuxième génération, des groupes fonctionnels plus efficaces tels que les aldéhydes, les esters , les amides, etc. sont disponibles pour la conjugaison.

Comme les applications de PEGylation sont devenues de plus en plus avancées et sophistiquées, il y a eu une augmentation du besoin de PEG hétérobifonctionnels pour la conjugaison. Ces PEG hétérobifonctionnels sont très utiles pour lier deux entités, où un espaceur hydrophile , flexible et biocompatible est nécessaire. Les groupes terminaux préférés pour les PEG hétérobifonctionnels sont le maléimide , les vinylsulfones , le disulfure de pyridyle , l' amine , les acides carboxyliques et les esters de NHS .

Des agents de pégylation de troisième génération, où le polymère a été ramifié, en forme de Y ou en forme de peigne sont disponibles et présentent une viscosité réduite et un manque d' accumulation d'organes . Récemment, des approches enzymatiques de PEGylation ont également été développées, élargissant ainsi davantage les outils de conjugaison. Des conjugués PEG-protéine obtenus par des méthodes enzymatiques sont déjà en usage clinique, par exemple : Lipegfilgrastim , Rebinyn , Esperoct .

Limites

L'imprévisibilité des temps de clairance pour les composés pégylés peut conduire à l'accumulation de composés de masse moléculaire élevée dans le foie conduisant à des corps d'inclusion sans conséquences toxicologiques connues. De plus, une modification de la longueur de la chaîne peut entraîner des temps de clairance inattendus in vivo . De plus, les conditions expérimentales de la réaction de PEGylation (ie pH, température, temps de réaction, coût global du procédé et rapport molaire entre dérivé PEG et peptide) ont également un impact sur la stabilité des produits PEGylés finaux. Pour surmonter les limitations mentionnées ci-dessus, différentes stratégies telles que la modification de la taille (Mw), du nombre, de l'emplacement et du type de liaison de la molécule de PEG ont été proposées par plusieurs chercheurs.

Voir également

Les références

Liens externes