PEGilação

Polietilenoglicol.

A PEGilação é o processo que consiste na união ou amalgamação covalente ou não covalente de cadeias de polímeros de polietilenoglicol (PEG, em farmácia chamado macrogol) a moléculas e macroestruturas, como fármacos, proteínas terapêuticas ou lipossomas, que então se diz que estão PEGiladas.[1][2][3][4] A PEGilação afeta as interações derivadas ou agregadas resultantes, que normalmente tornam mais lenta a coalescência e degradação destes produtos, bem como a sua eliminação do organismo in vivo.[5][6]

A PEGilação é conseguida rotineiramente por incubação de um derivado reativo do PEG com a molécula alvo. A união covalente do PEG a um fármaco ou proteína terapêutica pode "mascarar" o agente perante o sistema imunitário do hospedeiro (reduzindo a imunogenicidade e antigenicidade), e aumenta o seu tamanho hidrodinâmico (tamanho em solução), o que prolonga o seu tempo circulatório ao reduzir a sua eliminação renal. A PEGilação pode também proporcionar hidrossolubilidade a fármacos e proteínas que eram hidrófobos. A tecnologia da PEGilação, que demonstrou as suas vantagens farmacológicas e aceitabilidade, converteu-se na base de uma indústria em crescimento que movimenta milhares de milhões de dólares.[7]

Metodologia

Uma comparação da uricase e da PEG-uricase; a PEG-uricase inclui 40 polímeros de PEG de 10 kDa. A PEGilação melhora a sua solubilidade a pH fisiológico, aumenta a semivida no soro e reduz a imunogenicidade sem comprometer a sua atividade. As imagens superiores mostram o tetrâmero completo, enquanto as inferiores mostram uma das lisinas que está PEGilada. (uricase de PDB 1uox e modelo da PEG-uricase da referência;[8] apenas são incluídos 36 polímeros PEG).

A PEGilação é o processo de unir as cadeias do polímero de PEG a moléculas, tipicamente péptidos, proteínas e fragmentos de anticorpos, o que pode melhorar a segurança e a eficiência de muitas terapias.[9][10] Produz alterações em propriedades físico-químicas como mudanças na conformação, união eletrostática, hidrofobia etc. Estes mudanças físicas e químicas aumentam a retenção sistémica do agente terapêutico. Além disso, podem influenciar a afinidade de união do resíduo terapêutico aos recetores da célula e podem alterar os padrões de absorção e distribuição.

Como a PEGilação aumenta o peso molecular de uma molécula, pode conferir várias vantagens farmacológicas significativas em relação à forma não modificada, como melhorar a solubilidade de um fármaco, reduzir a frequência das doses, o que pode reduzir a toxicidade sem diminuir a eficácia, ampliar a vida em circulação, aumentar a estabilidade do fármaco e aumentar a proteção contra a degradação proteolítica; as formas PEGiladas podem também ser patenteadas.[11]

Fármacos PEGilados

Em 1970, foi relatada a união de um polímero inerte e hidrófilo primariamente para aumentar a vida no sangue e o controlo da imunogenicidade de proteínas.[12] O polietilenoglicol foi o polímero escolhido.[13][14] Em 1981, Davis e Abuchowski fundaram a Enzon, Inc., que colocou no mercado três fármacos PEGilados. Abuchowski fundou posteriormente e foi o diretor executivo da Prolong Pharmaceuticals.[15]

O valor clínico da PEGilação está agora bem estabelecido. O ADAGEN (pegademase bovina) fabricado pela Enzon Pharmaceuticals, Inc., EUA foi a primeira proteína PEGilada aprovada pela FDA americana em março de 1990 a ser lançada no mercado. É usado para tratar uma forma grave de síndrome de imunodeficiência combinada grave (SCID), como alternativa ao transplante de medula óssea e à substituição de enzimas por terapia génica. Desde a introdução do ADAGEN, um grande número de proteínas e péptidos PEGilados foi introduzido como medicamentos, e muitos outros estão em ensaios clínicos ou em diversas fases de desenvolvimento. As vendas dos dois produtos mais bem-sucedidos, Pegasys e Neulasta, ultrapassaram os 5 mil milhões de dólares em 2011.[16][17] Todos os fármacos PEGilados comercialmente disponíveis contêm metoxipoli(etilenoglicol) ou mPEG. Os fármacos PEGilados no mercado (em ordem cronológica inversa do ano de aprovação pela FDA) são:[18]

Litígios de Patentes

O sistema de entrega de fármacos em nanopartículas (LNP) lipídicas PEGiladas das vacinas de mRNA conhecidas como mRNA-1273 foi objeto de um litígio de patentes atual com a Arbutus Biopharma, da qual a Moderna obteve anteriormente licença da tecnologia LNP.[25][26] Em 4 de setembro de 2020, a Nature Biotechnology noticiou que a Moderna perdeu uma parte crucial no caso judicial em curso sobre propriedade intelectual.[27]

Uso em Investigação

A PEGilação tem usos práticos em biotecnologia para a entrega de proteínas,[28] transfeção de células, e edição do genoma em células não humanas.[29]

Procedimento

O primeiro passo da PEGilação é a adequada funcionalização do polímero de PEG numa ou em ambas as extremidades. Os PEGs que são ativados em cada extremidade com o mesmo resíduo reativo denominam-se "homobifuncionais", enquanto se os grupos funcionais presentes forem diferentes, o derivado de PEG é denominado "heterobifuncional" ou "heterofuncional". Os derivados quimicamente ativos ou ativados do polímero de PEG são preparados para que o PEG se ligue à molécula desejada.[30]

O processo global de PEGilação usado até agora para a conjugação de proteínas pode ser classificado em dois grandes tipos: um processo em lotes de fase em solução e um processo em lotes alimentado em coluna.[31] O processo em lotes que geralmente se adota envolve a mistura dos reagentes juntamente com uma solução tampão apropriada, preferencialmente a uma temperatura entre 4 e 6 °C, seguida da separação e purificação do produto desejado usando uma técnica apropriada baseada nas suas propriedades físico-químicas, como a cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), cromatografia de troca iónica (IEX), cromatografia de interações hidrofóbicas (HIC) e sistemas de duas fases aquosos ou de membrana (ATPS).[32][33]

A escolha do grupo funcional apropriado para o derivado de PEG baseia-se no tipo de grupo reativo disponível na molécula que será acoplada ao PEG. Para as proteínas, os aminoácidos reativos típicos são os seguintes: lisina, cisteína, histidina, arginina, ácido aspártico, ácido glutâmico, serina, treonina e tirosina. O grupo amino N-terminal e o carboxilo C-terminal podem também ser usados como sítios específicos de sítio por conjugação com polímeros funcionais aldeído.[34]

As técnicas usadas para formar derivados do PEG de primeira geração geralmente envolvem a reação do polímero de PEG com um grupo que é reativo com os grupos hidroxilo, tipicamente anidridos, cloretos de acilo, cloroformatos e carbonatos. Na química de PEGilação de segunda geração, estão disponíveis para a conjugação grupos funcionais mais eficientes, como aldeídos, ésteres, amidas, etc.

As aplicações da PEGilação tornaram-se cada vez mais avançadas e sofisticadas, e aumentou a necessidade de PEGs heterobifuncionais para a conjugação. Estes PEGs heterobifuncionais são muito úteis para ligar duas entidades, onde se necessita de um espaçador hidrófilo, flexível e biocompatível. Os grupos terminais preferidos para os PEGs heterobifuncionais são a maleimida, vinil sulfonas, piridil dissulfureto, aminas, ácidos carboxílicos e ésteres de NHS.[35][36][37]

Os agentes de PEGilação de terceira geração, nos quais o polímero foi ramificado, estão disponíveis nas formas de Y ou de pente e apresentam uma viscosidade reduzida e não causam acumulação em órgãos.[38] Recentemente, também foram desenvolvidas estratégias enzimáticas para a PEGilação, ampliando assim as ferramentas de conjugação.[39][40] Os conjugados PEG-proteína obtidos por métodos enzimáticos já estão em uso clínico, por exemplo: Lipegfilgrastim, Rebinyn ou Esperoct.

Limitações

A imprevisibilidade nos tempos de eliminação do organismo dos compostos PEGilados pode causar a acumulação de compostos de elevado peso molecular no fígado originando corpos de inclusão com consequências toxicológicas desconhecidas.[41] Além disso, a alteração no comprimento da cadeia pode causar tempos de eliminação inesperados in vivo.[42] Adicionalmente, as condições experimentais da reação de PEGilação (isto é, pH, temperatura, tempo de reação, custo global do processo e razão molar entre o derivado do PEG e o péptido) também têm um impacto na estabilidade dos produtos finais PEGilados.[43]

Para superar as limitações mencionadas, vários investigadores ofereceram diversas estratégias, como mudanças de tamanho (Mw), de número, de localização e do tipo de ligação da molécula de PEG.[44][45] A conjugação de polissacarídeos biodegradáveis, que é uma alternativa promissora à PEGilação, é outra forma de resolver a questão da biodegradação do PEG.[46]

Referências

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