PEGilación

A PEGilación é o proceso consistente na unión ou amalgamación covalente ou non covalente de cadeas de polímeros de polietilenglicol (PEG, en farmacia chamado macrogol) a moléculas e macroestruturas, como fármacos, proteínas terapéuticas ou vesículas, que entón se di que están PEGiladas. A PEGilación afecta as interaccións derivadas ou agregadas resultantes, que normalmente fan máis lenta a coalescencia e degradación destes produtos, así como a súa eliminación do organismo in vivo.

A PEGilación conséguese rutineiramente por incubación dun derivado reactivo do PEG coa molécula diana. A unión covalente do PEG a un fármaco ou proteína terapéutica pode "enmascarar" o axente ante o sistema inmunitario do hóspede (reducindo a inmunoxenicidade e antixenicidade), e incrementa o seu tamaño hidrodinámico (tamaño en solución), que prolonga o seu tempo circulatorio reducindo a súa eliminación renal. A PEGilación pode tamén proporcionar hidrosolubilidade a fármacos e proteínas que eran hidrófobos. A tecnoloxía da PEGilación, que probou as súas vantaxes farmacolóxicas e aceptabilidade, converteuse na base dunha industria en crecemento que move miles de millóns de dólares.

 Metodoloxía 

400px|miniatura|Unha comparación da uricase e da PEG-uricase; a PEG-uricase inclúe 40 polímeros de PEG de 10 kDa. A PEGilación mellora a súa solubilidade a pH fisiolóxico, incrementa a vida media no soro e reduce a inmunoxenicidade sen comprometer a súa actividade. As imaxes superiores mostran o tetrámero completo, mentres que as inferiores mostran unha das lisinas que está PEGilada. (uricase de  e modelo da PEG-uricase da referencia; só se inclúen 36 polímeros PEG).

A PEGilación é o proceso de unir as febras do polímero de PEG a moléculas, normalmente péptidos, proteínas e fragmentos de anticorpos, que pode mellorar a seguridade e eficiencia de moitas terapias. Produce alteracións en propiedades fisioquímicas como cambios na conformación, unión electrostática, hidrofobia etc. Estes cambios físicos e químicos incrementan a retención sistémica do axente terapéutico. Ademais, poden influír na afinidade de unión do residuo terapéutico aos receptores da célula e poden alterar os padróns de absorción e distribución.

Como a PEGilación incrementa o peso molecular dunha molécula, pode outorgar varias vantaxes farmacoloxicas significativas con respecto á forma non modificada, como mellorar a solubilidade dun fármaco, reducir a frecuencia das doses, o que pode reducir a toxicidade sen diminuír a eficacia, ampliar a vida en circulación, incrementar a estabilidade do fármaco e aumentar a protección da degradación proteolítica; a formas PEGiladas poden tamén ser patentadas.

 Fármacos PEGilados 

En 1970 informouse da unión dun polímero inerte e hidrófilo primeiramente para ampliar a vida no sangue e o control da inmunoxenicidade de proteínas. O polietilenglicol foi o polímero elixido. En 1981 Davis e Abuchowski fundaron Enzon, Inc., que puxo no mercado tres fármacos PEGilados. Abuchowski fundou posteriormente e foi o director executivo de Prolong Pharmaceuticals.

O valor clínico da PEGilación está agora ben establecido. O ADAGEN (pegademase bovina) fabricado por Enzon Pharmaceuticals, Inc., EUA foi a primeira proteína PEGilada aprobada pola FDA estadounidense en marzo de 1990 que saíu no mercado. Utilízase para tratar unha forma grave de síndrome de inmunodeficiencia combinada grave, como alternativa ao transplante de medula ósea e a substitución de encimas por terapia xénica. Desde a introdución de ADAGEN, lévanse introducido un gran número de proteínas e péptidos PEGilados como medicamentos, e moitos outros están en ensaios clínicos ou en diversas fases do seu desenvolvemento. As vendas dos dous produtos con máis éxito, Pegasys e Neulasta, superron os 5.000 millóns de dólares en 2011.Klauser, Alexander (Head), Roche Group Media Relations, "Roche in 2011: Strong results and positive outlook," www.roche.com/med-cor-2012-02-01-e.pdf, Feb 1, 2012, p.7"Amgen 2011 Annual Report and Financial Summary,"  2011 AnnualReport.pdf, Feb 23 2012, p. 71 Todos os fármacos PEGilados comercialmente dispoñibles conteñen metoxipoli(etilenglicol) ou mPEG. Os fármacos PEGilados no mercado (en orde cronolóxica inversa do ano de aprobación pola FDA) son:

 Un lípido PEGilado utilízase como excipiente tanto na vacina de Moderna coma na de Pfizer-BioNTech da COVID-19. Ambas son vacinas de ARN que constan dun ARN mensaxeiro (ARNm), encerrado nunha burbulla de moléculas lipídicas. Utilízase tecnoloxía de lípidos patentada en cada unha. En ambas as vacinas, as burbullas están cubertas cunha molécula estaabilizante de polietilenglicol. Houbo unha pequena porcentaxe de casos de reaccións alérxicas ao PEG. A molécula PEGilada da vacina de Moderna chámase DMG-PEG 2000.
Pegvaliase (Biomarin) – fenilalanina amoníaco-liase recombinante PEGilada para o tratamento da fenilcetonuria, aprobada pola FDA en EUA en maio de 2018.
Adynovate – Factor VIII antihemofílico PEGilado para o tratamento de pacientes con hemofilia A. (Baxalta, 2015)
Irinotecan liposoma (Onivyde) – Irinotecan hidrocloruro trihidrato liposomal PEGilado para o tratamento do cancro pancreático metastático en adultos que están sendo tratados con gemcitabine. (Ipsen, 2015)
Plegridy – Interferón Beta-1a PEGilado para o tratamento de pacientes de formas recorrentes de esclerose múltiple. (Biogen, 2014)
Naloxegol (Movantik) – Naloxol PEGilado para o tratamento de estrinximento inducido por opioides en pacientes adultos con dor crónica non canceríxena (a metadona non PEGilada pode causar reaccións intestinais adversas). (AstraZeneca, 2014)
Peginesatide (Omontys) – Medicamento que se toma unha vez ao mes para tratar a anemia asociado coa enfermidade renal crónica en pacientes adultos sometidos a diálise (Affymax/Takeda Pharmaceuticals, 2012)
Pegloticase (Krystexxa) – Uricase PEGilada para o tratamento da gota (Savient, 2010)
Certolizumab pegol (Cimzia) – Anticorpo monoclonal para o tratamento de artrite reumatoide de moderada a grave e da enfermidade de Crohn, un trastorno inflamatorio intestinal (Nektar/UCB Pharma, 2008)
Metoxi polietilenglicol-epoetina beta (Mircera) – Forma PEGilada da eritropoetina para combater a anemia asociada con enfermidade renal crónica (Roche, 2007)
Pegaptanib (Macugen) – Usado para tratar a dexeneración macular neovascular relacionada coa idade (Pfizer, 2004)
Pegfilgrastim (Neulasta) – Factor estimulante das colonias de granulocitos humano metionil recombinante PEGilado para neutropenia grave inducida pola quimioterapia contra o cancro (Amgen, 2002)
Pegvisomant (Somavert) – Unha muteína antagonista do receptor da PEG-hormona do crecemento humana para o tratamento da acromegalia (Pfizer, 2002)
Peginterferon alfa-2a (Pegasys) – Interferón alfa PEGilado para usalo no tratamento da hepatite C crónica e hepatite B (Hoffmann-La Roche, 2002)
Peginterferón alfa-2b (PegIntron) – Interferón alfa PEGilado para o seu uso no tratamento da hepatite C crónica e  hepatite B (Schering-Plough/Enzon, 2000)
Doxorrubicina HCl liposoma (Doxil/Caelyx) – Liposoma PEGilado que contén doxorrubicina para o tratamento do cancro (Alza, 1995)
Pegaspargase (Oncaspar) – L-asparaxinase PEGilada para o tratamento da leucemia linfoblástica aguda en pacientes que son hipersensibles á forma non modificada nativa da L-asparaxinase (Enzon, 1994). Este fármaco foi aprobado recentemente para o seu uso en casos especiais.
Pegademase bovina (Adagen) – PEG-adenosina desaminase para o tratamento da inmunodeficiencia combinada grave (SCID) (Enzon, 1990)

 Litixios de patentes 
O sistema de entrega de fármacos en nanopartículas (LNP) lipídicas PEGiladas das vacinas de ARNm coñecidas como mRNA-1273 foi obxecto dun litixio de patentes actual con Arbutus Biopharma, da cal Moderna previamente obtivera licenza da tecnoloxía LNP. O 4 de setembro de 2020, Nature Biotechnology informou que Moderna perdera unha parte clave no caso xudicial sobre a propiedade intelectual que estaba en marcha.

 Uso en investigación 
A PEGylation ten usos prácticos en biotecnoloxía para a entrega de proteínas, transfección de células, e edición do xenoma en células non humanas.

 Procedemento 
O primeiro paso da PEGilación é a adecuada funcionalización do polímero de PEG nun ou en ambos os extremos. Os PEGs que son activados en cada extremo co mesmo residuo reactivo denomínanse "homobifuncionais", mentres que se os grupos funcionais presentes son diferentes, entón o derivado de PEG denomínase "heterobifuncional" ou "heterofuncional". Prepáranse os derivados quimicamente activos ou activados do polímero de PEG para que o PEG se una á molécula desexada.

O proceso global de PEGilación usada ata agora para a conxugación de proteínas pode ser clasificado en dous grandes tipos: un proceso en lotes de fase en solción e un proceso en lotes alimentado en columna. O proceso en lotes que xeralmente se adopta implica a mestura dos reactivos xunto cunha solución tampón axeitada, preferiblemente a unha temperatura entre 4 e 6 °C, seguida da separación e purificación do produto desexado usando unha técnica apropiada baseada nas súas propiedades fisicoquímicas, como a cromatografía de exclusión por tamaños (SEC), cromatografía de intercambio iónico (IEX), cromatografía de interaccións hidrofóbicas (HIC) e sistemas de dúas fases acuosos ou de membrana (ATPS).

A elección do grupo funcional apropiado para o derivado de PEG baséase no tipo de grupo reactivo dispoñible na molécula que será acoplada ao PEG. Para as proteínas, os aminoácidos reactivos típicos son os seguintes: lisina, cisteína, histidina, arxinina, ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina e tirosina. O grupo amino N-terminal e o carboxilo C-terminal poden tamén usarse como uns sitios específico de sitio por conxugación con polímeros funcionais aldehido.

As técnicas usadas para formar derivados do PEG de primeira xeración son xeralmente facer reaccionar o polímero de PEG cun grupo que é reactivo cos grupos hidroxilo, tipicamente anhídridos, cloruros de acilo, cloroformatos e carbonatos. Na  química de PEGilación de segunda xeración están dispoñibles para a conxugación grupos funcionais máis eficientes, como aldehidos, ésteres, amidas etc.

As aplicacións da PEGilación fixéronse cada vez máis avanzadas e sofisticadas, e aumentou a necesidade de PEGs heterobifuncionais para a conxugación. Estes PEGs heterobifuncionais son moi útiles para ligar dúas entidades, onde se necesita un espazador hidrófilo, flexible e biocompatible. Os grupos terminais preferidos para os PEGs heterobifuncionais son a maleimida, vinil sulfonas, piridil disulfuro, aminas, ácidos carboxílicos e ésteres de NHS.

Os axentes de PEGilación de terceira xeración, nos que o polímero foi ramificado, están dispoñibles os de forma de Y ou de peite e mostran unha viscosidade reducida e non producen acumulación en órganos. Recentemente, tamén se desenvolveron estratexias encimáticas para a PEGilación, ampliando así as ferramentas de conxugación. Os conxugados PEG-proteína obtidos por métodos encimáticos están xa en uso clínico, por exemplo: Lipegfilgrastim, Rebinyn ou Esperoct.

 Limitacións 
A impredicibilidade nos tempos de eliminación do organismo dos compostos PEGilados pode causar a acumulación de compostos de elevado peso molecular no fígado orixinando corpos de inclusión con consecuencias toxicolóxicas descoñecidas. Ademais, a alteración na lonxitude da cadea pode causar tempos de eliminación inesperados in vivo.
Ademais, as condicións experimentais da reacción de PEGilación (é dicir, pH, temperatura, tempo de reacción, custo global do proceso e razón molar entre o derivado do PEG e o péptido) tamén tañen un impacto na estabilidade dos produtos finais PEGilados.
Para superar as limitacións mencionadas varios investigadores ofreceron diversas estratexias, como cambios de tamaño (Mw), de número, de localización e do tipo de ligazón da molécula de PEG. A conxugación de polisacáridos biodegrdables, que é unha alternativa prometedora á PEGilación, é outra forma de resolver o asunto da biodegradabilidade do PEG.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Citocromo c
 Interferón
 Desorción/ionización láser asistida por matriz
 Proteómica
 Nanopartículas lipídicas sólidas

 Ligazóns externas 
PEGylation, ScienceDirect (2017)

Categoría:Farmacocinética
Categoría:Biotecnoloxía