PemPEGilan

PemPEGilan (juga dikenali sebagai pegilasi atau pempegilan) ialah proses antara kedua-dua ikatan kovalen dan bukan kovalen, atau pencantuman rantaian polimer polietilena glikol (PEG, dalam farmasi dipanggil makrogol) kepada molekul dan struktur makro seperti ubat, protein atau vesikel teraputik, dan hasilnya ialah bahan terPEGil. PemPEGilan memberi kesan terhadap hasil interaksi bahan terbitan atau agregat melalui memperlahan proses pertautan dan degradasi serta penyingkiran in vivo.

PemPEGilan boleh dilakukan secara rutin melalui pengeraman bahan terbitan reaktif PEG dengan molekul sasaran. Perlekatan kovalen PEG pada ubat atau protein terapeutik boleh "melitupi" agen daripada sistem imun hos (mengurangkan keimunogenan dan keantigenan), dan meningkatkan saiz hidrodinamiknya (yakni saiz dalam larutan), yang memanjangkan masa peredarannya dengan mengurangkan pembersihan ginjal. PemPEGilan juga boleh menambah sifat keterlarutan air ke atas ubat dan protein yang hidrofobik. Setelah membuktikan kelebihan dan kebolehterimaan farmakologinya, teknologi pemPEGilan menjadi asas kepada perkembangan industri yang menjana berbilion dolar.

Metodologi 

PemPEGilan ialah proses penyambungan rantaian polimer PEG kepada molekul-molekul yang kebanyakannya merupakan peptida, protein dan serpihan antibodi, dan hal ini seterusnya dapat meningkatkan keselamatan dan kecekapan untuk penggunaan terapeutik. Proses ini menghasilkan perubahan dalam sifat fisiokimia termasuk perubahan dalam konformasi, pengikatan elektrostatik, kehidrofobikan dan sebagainya. Perubahan fizikal dan kimia ini meningkatkan pengekalan sistemik agen terapeutik. Malahan, ia boleh mempengaruhi afiniti pengikatan moieti terapeutik kepada reseptor sel dan boleh mengubah corak penyerapan dan pengedaran.

PemPEGilan melalui peningkatan jumlah berat molekul pada molekul sasaran itu, boleh memberikan beberapa kelebihan farmakologi yang ketara berbanding bentuk yang tidak diubah suai, contohnya seperti penambahbaikan keterlarutan ubat, pengurangan kekerapan dos berserta pengurangan ketoksikan potensi pada masa sama tidak mengurang keberkesanan, pelanjutan jangka hayat peredaran, peningkatan kestabilan ubat, dan akhirnya penambahan keupayaan perlindungan melawan degradasi proteolisis; tambahan pula bentuk-bentuk terPEGil juga mungkin layak untuk perlindungan paten.

Ubat-ubatan terPEGil 
Percantuman antara polimer lengai dan polimer hidrofilik pertama kali dilaporkan sekitar tahun 1970, bertujuan untuk memanjangkan jangka hayat darah dan mengawal keimunogenan protein. Polietilena glikol dipilih sebagai polimer hidrofilik tersebut. Pada tahun 1981 Davis dan Abuchowski mengasaskan Enzon, Inc., dan membawa tiga ubat terPEGil ke pasaran. Abuchowski kemudiannya mengasas dan menjadi Ketua Pegawai Eksekutif Prolong Pharmaceuticals.

Nilai klinikal pemPEGilan kini mantap. ADAGEN (pegademase lembu) yang dihasilkan oleh Enzon Pharmaceuticals, Inc., AS ialah protein terPEGil pertama yang diluluskan pemasarannya oleh Pentadbiran Makanan dan Dadah (FDA) AS pada Mac 1990. Protein ini digunakan untuk merawat satu bentuk sindrom keimunokurangan bercampur teruk (ADA-SCID), sebagai kaedah alternatif kepada pemindahan sumsum tulang dan penggantian enzim melalui terapi gen. Sejak pengenalan ADAGEN, sebilangan besar ubat-ubatan yang terdiri daripada protein atau peptida terPEGil telah dipasarkan dan banyak lagi sedang dalam percubaan klinikal atau dalam peringkat pembangunan. Dua produk yang paling berjaya iaitu Pegasys dan Neulasta menjana pulangan jualan melebihi $5 bilion pada tahun 2011. Semua ubat-ubatan terPEGil yang wujud dalam dagangan mengandungi metoksipoli(etilena glikol) atau mPEG. Ubat-ubatan terPEGil di pasaran (dalam kronologi terbalik mengikut tahun kelulusan FDA) termasuklah:

 Lipid terPEGil digunakan sebagai eksipien (bahan pengisi) pada kedua-dua vaksin Moderna dan vaksin Pfizer–BioNTech COVID-19. Kedua-dua vaksin RNA tersebut terdiri daripada RNA pengutus (mRNA) yang terbungkus dalam gelembung molekul berminyak yang dipanggil sebagai lipid. Teknologi lipid berhak milik itu digunakan dalam setiap satu vaksin tersebut. Gelembung lipid pada kedua-dua vaksin tersebut disalut dengan molekul penstabil polietilena glikol. Sehingga Disember 2020, terdapat sedikit kebimbangan bahawa PEG boleh mencetuskan tindak balas alahan, seperti yang berlaku pada 19 Disember 2020 dengan sekurang-kurangnya tiga orang "petugas kesihatan Alaska" yang diberi Pfizer–BioNTech Vaksin Covid-19 mengalami alahan tersebut.  Molekul terPEGil yang terkandung dalam vaksin Moderna dikenali sebagai DMG-PEG 2000.
 Pegvaliase (Biomarin) – fenilalanina amonia liase rekombinan terPEGil untuk rawatan fenilketonuria, diluluskan oleh FDA AS pada Mei 2018.
 Adinovat – Faktor VIII Antihemofilik terPEGil untuk rawatan pesakit hemofilia A. (Baxalta, 2015)
 Liposom irinotekan (Onivyde) – irinotekan hidroklorida trihidrat berliposom terPEGil digunakan untuk rawatan kanser pankreas metastatik pada orang dewasa yang meneruskan rawatan dengan terapi berasaskan gemsitabina. (Ipsen, 2015)
 Plegridy – nama jenama untuk peginterferon beta-1a untuk rawatan pesakit dengan sklerosis berganda jenis berelaps. (Biogen, 2014)
 Naloksegol (Movantik) – naloksol terPEGil yang digunakan untuk rawatan sembelit yang berpunca dari opioid pada pesakit dewasa dengan sakit kronik bukan kanser (metadon tanpa pegilasi boleh menyebabkan tindak balas gastrousus yang buruk). (AstraZeneca, 2014)
 Peginesatida (Omontys) – ubat yang digunakan sebulan sekali untuk merawat anemia yang berkaitan dengan penyakit buah pinggang kronik pada pesakit dewasa yang menjalani dialisis (Afymax/Takeda Pharmaceuticals, 2012)
 Peglotikase (Krystexxa) – urikase terPEGil untuk rawatan gout (Savient, 2010)
 Sertolizumab pegol (Cimzia) – antibodi monoklon untuk rawatan artritis reumatoid bertahap sederhana hingga teruk, serta rawatan penyakit Crohn iaitu gangguan radang gastrousus (Nektar / UCB Pharma, 2008)
 Metoksi polietilena glikol-epoetin beta (Mircera) – Bentuk eritropoietin terPEGil yang digunakan untuk memerangi anemia yang berkaitan dengan penyakit buah pinggang kronik (Roche, 2007)
 Pegaptanib (Macugen) – digunakan untuk merawat pereputan makula neovaskular berkaitan usia (Pfizer, 2004)
 Pegfilgrastim (Neulasta) -  rekombinan metionil faktor perangsang koloni granulosit manusia  yang terPEGil untuk neutropenia teruk yang terhasil akibat kemoterapi kanser (Amgen, 2002)
 Pegvisomant (Somavert) – PEG-antagonis reseptor mutein hormon pertumbuhan manusia untuk rawatan akromegali (Pfizer, 2002)
 Peginterferon alfa-2a (Pegasys) – interferon alfa terPEGil yang digunakan dalam rawatan hepatitis C dan hepatitis B kronik (Hoffmann-La Roche, 2002)
 Peginterferon alfa-2b (PegIntron) – interferon alfa terPEGil yang digunakan dalam rawatan hepatitis C dan hepatitis B kronik (Schering-Plough/Enzon, 2000)
 Liposom doksorubisin HCl (Doxil/Caelyx) – liposom terPEGil yang mengandungi doksorubisin untuk rawatan kanser (Alza, 1995)
 Pegaspargase (Oncaspar) - L-asparaginase terPEGil untuk rawatan leukemia limfoblastik akut pada pesakit yang hipersensitif terhadap bentuk asli L-asparaginase yang tidak diubahsuai (Enzon, 1994). Ubat ini baru-baru ini diluluskan untuk kegunaan barisan hadapan.
 Pegademase lembu (Adagen) – PEG- adenosina deaminase untuk rawatan penyakit keimunokurangan bercampur teruk (SCID) (Enzon, 1990)

Litigasi paten 
Sistem penghantaran ubat nanozarah lipid terPEGil (LNP) pada vaksin mRNA yang dikenali sebagai mRNA-1273 telah menjadi subjek litigasi paten yang berterusan dengan Arbutus Biopharma, yakni syarikat yang Moderna telah melesenkan teknologi LNP sebelum ini. Pada 4 September 2020, Nature Biotechnology melaporkan bahawa Moderna telah kehilangan kunci cabaran utama dalam kes yang sedang berjalan.

Kegunaan dalam penyelidikan 
PemPEGilan mempunyai kegunaan praktikal dalam bioteknologi untuk penghantaran protein, pentransjangkitan sel, dan penyuntingan gen dalam sel bukan manusia.

Proses 
Langkah pertama pemPEGilan ialah pemfungsian sesuai polimer PEG pada satu atau kedua-dua hujungnya. PEG yang diaktifkan pada setiap hujung dengan bahagian reaktif yang sama maka PEG itu "berhomodwifungsi", manakala jika kumpulan berfungsi tersebut mempunyai bahagian reaktif yang berbeza, maka bahan terbitan PEG itu adalah "berheterodwifungsi" atau "berheterofungsi". Bahan terbitan polimer PEG yang aktif atau teraktif secara kimia disediakan untuk mencantumkan PEG pada molekul yang dikehendaki.

Proses keseluruhan pemPEGilan yang digunakan untuk mengkonjugatkan protein setakat ini secara umumnya boleh dikelaskan kepada dua jenis, iaitu proses kelompok fasa larutan dan proses suapan kelompok pada turus. Proses kelompok yang mudah dan biasa digunapakai melibatkan pencampuran semua reagen berkaitan dalam larutan penimbal yang sesuai, sebaik-baiknya pada suhu antara 4 hingga 6 °C, diikuti dengan pemisahan dan penulenan produk yang dikehendaki menggunakan teknik yang sesuai berdasarkan sifat fizikokimianya, termasuk kromatografi penyisihan saiz (SEC), kromatografi pertukaran ion (IEX), kromatografi interaksi hidrofobik (HIC) dan sistem dua fasa akueus atau membran (ATPS).

Pemilihan kumpulan berfungsi yang sesuai untuk terbitan PEG adalah berdasarkan jenis kumpulan reaktif yang ada pada molekul yang akan digandingkan dengan PEG. Untuk protein, asid amino reaktif yang biasa terlibat termasuklah lisina, sisteina, histidina, arginina, asid aspartik, asid glutamik, serina, treonina dan tirosina. Kumpulan terminal-N amino dan terminal-C asid karboksilik juga boleh digunakan sebagai tapak khusus tapak melalui konjugasi dengan polimer berfungsi aldehid.

Teknik yang digunakan untuk membentuk bahan terbitan PEG generasi pertama secara amnya melalui penindakbalasan polimer PEG terhadap kumpulan yang reaktif dengan kumpulan hidroksil, biasanya seperti anhidrida, asid klorida, kloroformat dan karbonat. Dalam kimia pemPEGilan generasi kedua, kumpulan berfungsi yang lebih cekap seperti aldehid, ester, amida dan lain-lain tersedia untuk pengkonjugatan.

Oleh kerana aplikasi pemPEGilan telah menjadi semakin maju dan canggih, terdapat peningkatan keperluan untuk PEG berheterodwifungsi untuk proses pengkonjugatan. PEG berheterodwifungsi ini sangat berguna untuk menghubungkan dua entiti melibatkan peruang yang bersifat hidrofilik, fleksibel dan bioserasi. Kumpulan akhir pilihan untuk PEG berheterodwiifungsi ialah maleimida, vinil sulfon, piridil disulfida, amina, asid karboksilik dan ester NHS.

Ejen pempegilan generasi ketiga melibatkan ketersediaan terhadap polimer yang mempunyai struktur bercabang, berbentuk Y atau berbentuk sikat dan menunjukkan kelikatan berkurangan dan kekurangan penumpukan pada organ. Baru-baru ini pendekatan pemPEGilan secara berenzim telah dibangunkan, dengan itu mengembangkan lagi alat pengkonjugatan. Konjugat protein-PEG yang diperoleh melalui kaedah enzimatik sudah pun digunakan secara klinikal, contohnya: Lipegfilgrastim, Rebinyn, Esperoct.

Batas keupayaan 
Ketidakpastian masa penyingkiran sebatian terPEGil boleh membawa kepada penumpukan sebatian yang mempunyai berat molekul yang tinggi dalam hati, dan hal ini boleh membawa kepada pembentukan jasad rangkuman yang kesan toksikologinya diketahui. Tambahan pula, perubahan pada kepanjangan rantai molekul terPEGil itu mungkin membawa kepada ketidakjangkaan pada masa penyingkiran in vivo. Selain itu, keadaan eksperimen tindak balas pemPEGilan (seperti pH, suhu, masa tindak balas, kos keseluruhan proses dan nisbah molar antara bahan terbitan PEG dan peptida) juga mempunyai kesan ke atas kestabilan produk akhir yang terhasil. Untuk mengatasi batas keupayaan yang dinyatakan pada ayat-ayat sebelum ini, strategi berbeza seperti penukaran saiz (Mw), bilangan, kedudukan dan jenis penghubungan molekul PEG ditawarkan oleh beberapa penyelidik. Pengkonjugatan ke polisakarida terbiodegradasi, yang merupakan alternatif harapan untuk proses pemPEGilan, merupakan satu lagi cara untuk menyelesaikan isu keterbiodegradasian PEG.

Lihat juga 

 Sitokrom c
 Interferon
 Proteomik
 Nanozarah lipid pepejal

Rujukan

Pautan luar 

 PEGylation, ScienceDirect (2017)
Bioteknologi
Farmakokinetik