PEGilazione

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La PEGilazione è il processo di legame covalente della catena polimerica del Glicole polietilenico (PEG) ad un'altra molecola, normalmente un farmaco o una proteina terapeutica. La PEGilazione è di solito ottenuta tramite un reattivo derivato dal PEG con una molecola target. L'attacco covalente del PEG ad un farmaco o ad una proteina terapeutica può mascherare l'agente al sistema immunitario ospite (riducendone immunogenicità e antigenicità), e aumentarme le dimensioni idrodinamiche, diminuendo la clearance renale e prolungano l'emivita.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Intorno al 1970, Frank F. Davis, un professore di biochimica dell Rutgers University, si interessa nello sviluppo di un processo per rendere utilizzabili proteine bioattive di potenziale valore medico. Dopo molti studi, concluse che il legame di un polimero inerte e idrofilico potrebbe allungare l'emivita del farmaco nel sangue e controllare meglio l'immunogenicità delle proteine.[1] Proprio il PEG fu scelto come polimero ideale. Il team di Davis, Theodorus Van Es and Nicholas C. Palczuk condusse studi su animali e trovò che il legame del PEG estendeva di molto l'emivita nel sangue e controllava l'immunogenicità delle proteine, ottenendo così il brevetto[2] Abraham Abuchowski condusse in seguito vari studi su enzimi PEGilati.[3] Davis e Abuchowski fondarono la Enzon, Inc., che portarono 3 farmaci PEGilati sul mercato.

La PEGilazione, aumentando il peso molecolare di una molecola, può portare a diversi miglioramenti farmacologici rispetto alla forma non modificata, come:

  • Miglioramento della solubilità del farmaco
  • Riduzione della frequenza di somministrazione senza diminuire l'efficacia, e con una potenziale riduzione della tossicità
  • Maggior tempo di permanenza nel circolo sanguigno
  • Aumento della stabilità del farmaco
  • Miglioramento della protezione dalla degradazione proteolitica

Farmaci PEGilati hanno anche alcuni vantaggi commerciali:

  • Nuove forme farmaceutiche e nuovi dosaggi
  • Estensione del brevetto per farmaci approvati precedentemente

Farmaci PEGilati in commercio[modifica | modifica sorgente]

Il valore clinico della PEGilazione è ormai confermato da molti farmaci in commercio. ADAGEN (deaminasi di adenosina bovina PEGilata) prodotto dalla Enzon Pharmaceuticals, Inc., US è stata la prima proteina PEGilata approvata dalla Food and Drug Administration (FDA) nel 1990 per la sua entrata in commercio. Dopo l'introduzione sul mercato dell'ADAGEN, un gran numero di proteine e peptidi farmaceutici PEGilati sono stati messi in commercio e molti altri sono sottoposti a trial clinici o sono in via di sviluppo. Alcuni esempi di farmaci di successo sono:

Proprietà del PEG[modifica | modifica sorgente]

Il PEG è un polimero particolarmente interessante per la coniugazione. Il PEG ha caratteristiche particolarmente importanti che lo rendono utile alla causa farmaceutica:

  • Solubilità in acqua
  • Alta mobilità in soluzione
  • Mancanza di tossicità e immunogenicità
  • Clearence veloce dal corpo
  • Distribuzione alterata nel corpo

Processo di PEGilazione[modifica | modifica sorgente]

Il primo passo della PEGilazione è la funzionalizzazione del polimero di PEG su uno o entrambi i terminali. Le molecole di PEG che sono attivate su entrambi i terminali con le stesse porzioni reattive sono conosciute come "omobifunzionali", laddove that are activated at each terminus with the same reactive moiety are known as “homobifunctional”, mentre se i gruppi funzionali presenti sono differenti, allora il derivato PEG è nominato “eterobifunzionale” o “eterofunzionale”. I derivati chimicamente attivi del polimero di PEG vengono preparati per essere legati alla molecola desiderata.

I processi di PEGilazione complessivi finora utilizzati per la coniugazione con proteine possono essere divisi in due fasi: una fase di processo di soluzione in batch e un processo in fed-batch su colonna.[4] Il processo batch semplice e comunemente adottata prevede la miscelazione dell'insieme dei reagenti in una soluzione tampone adatta, preferibilmente ad una temperatura compresa tra 4 e 6 °C, seguita dalla separazione e purificazione del prodotto desiderato utilizzando una tecnica adatta sulla base delle sue proprietà fisico-chimiche, come una cromatografia ad esclusione molecolare (EC), cromatografia a scambio ionico (IEC), cromatografia di interazione idrofoba (HIC) e sistemi a due fasi di membrane o fase acquosa.[5][6] La scelta del gruppo funzionale adatto per il derivato PEG si basa sul tipo di disposizione del gruppo reattivo sulla molecola che sarà accoppiato al PEG. Per le proteine, acidi reattivi tipici includono gli amminoacidi lisina, cisteina, istidina, arginina, acido aspartico, acido glutammico, serina, treonina, tirosina. Il gruppo amminico N-terminale e l'acido carbossilico C-terminale possono anche essere usati come siti specifici di coniugazione con polimeri aldeidi funzionali. Le tecniche utilizzate per formare la prima generazione dei derivati con PEG sono generalmente quelle di far reagire il polimero PEG con un gruppo che è reattivo con gruppi idrossilici, tipicamente anidridi, cloruri acidi, cloroformati e carbonati. Nella seconda generazione di PEGilazione sono stati utilizzati gruppi funzionali più efficaci come aldeidi, esteri, ammidi etc reso disponibile per la coniugazione. Poiché le applicazioni di PEGilazione sono diventati sempre più avanzate e sofisticate, si è registrato un aumento del bisogno di PEG eterobifunzionali per coniugazione. Questi PEG eterobifunzionali sono molto utili nel collegare due entità, in cui è necessario uno spaziatore idrofilico, flessibile e biocompatibile. Gruppi terminali preferiti per PEG eterobifunzionali sono maleimmide, solfoni vinile, disolfuro piridile, ammine, acidi carbossilici ed esteri NHS. La terza generazione di agenti di PEGilazione si è contraddistinta per la forma del polimero ramificata, sagomata a forma di pettine o di Y e mostrano viscosità ridotta e la mancanza di accumulo negli organi.[7]

Prospettive future[modifica | modifica sorgente]

Sebbene alle spalle abbia quattro decenni di sviluppo e la tecnologia della PEGilazione abbia dimostrato i suoi vantaggi farmacologici e di accettabilità, la tecnologia ha carenze nel dimostrarsi commercialmente interessante e nell'avere un processo generico per produrre farmaci con specificità di PEGilazione alta. Molte sono comunque le ricerche nell'ambito della PEGilazione, soprattutto nell'ambito della produzione di farmaci biotecnologici, cercando di migliorare le metodologie attuali e cercando di introdurre variazioni di processo innovative.[8]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Frank F. Davis, The origin of pegnology in Advanced Drug Delivery Reviews, vol. 54, n. 4, 2002, pp. 457–8. DOI:10.1016/S0169-409X(02)00021-2, PMID 12052708.
  2. ^ Davis, F. F., Van Es, T., and Palczuk, N. C. (1979) United States Patent Template:Cite patent. Non-immunogenic polypeptides. Originally filed in 1973
  3. ^ Francesco M. Veronese e Gianfranco Pasut, PEGylation, successful approach to drug delivery in Drug Discovery Today, vol. 10, n. 21, 2005, pp. 1451–8. DOI:10.1016/S1359-6446(05)03575-0, PMID 16243265.
  4. ^ Conan J. Fee e James M. Van Alstine, PEG-proteins: Reaction engineering and separation issues in Chemical Engineering Science, vol. 61, n. 3, 2006, p. 924. DOI:10.1016/j.ces.2005.04.040.
  5. ^ Fee, C. J.(2009), “Protein conjugates purification and characterization”, PEGylated Protein Drugs: Basic Science and Clinical Applications, Veronese, F. M., Ed. Birkhauser Publishing: Basel, 113-125.
  6. ^ Conan J. Fee, Size-exclusion reaction chromatography (SERC): A new technique for protein PEGylation in Biotechnology and Bioengineering, vol. 82, n. 2, 2003, pp. 200–6. DOI:10.1002/bit.10561, PMID 12584761.
  7. ^ Sinéad M Ryan, Giuseppe Mantovani, Xuexuan Wang, David M Haddleton e David J Brayden, Advances in PEGylation of important biotech molecules: Delivery aspects in Expert Opinion on Drug Delivery, vol. 5, n. 4, 2008, pp. 371–83. DOI:10.1517/17425247.5.4.371, PMID 18426380.
  8. ^ Damodaran V. B. ; Fee C. J., Protein PEGylation: An overview of chemistry and process considerations in European Pharmaceutical Review, vol. 15, n. 1, 2010, pp. 18–26.