PEG化

PEG化（ペグ化）は、ポリエチレングリコール（PEG、薬学ではマクロゴールと呼ばれる）ポリマー鎖を薬物、治療用タンパク質、小胞などの分子やマクロ構造に共有結合または非共有結合で付着または融合させるプロセスであり、これをPEG化と呼びます。^{[1] [2] [3] [4]} PEG化は、結果として生じる誘導体または凝集体の相互作用に影響を及ぼし、通常、それらの凝集と分解、および生体内での排除を遅らせます。^{[5] [6]}

PEG化は、通常、PEGの反応性誘導体を標的分子とインキュベートすることによって達成されます。薬物または治療用タンパク質へのPEGの共有結合により、薬剤を宿主の免疫系から「隠す」ことができ（免疫原性と抗原性を低減）、その流体力学的サイズ（溶液中のサイズ）が大きくなり、腎クリアランスを低下させることで循環時間が長くなります。PEG化により、疎水性薬物およびタンパク質に水溶性を与えることもできます。薬理学的利点と受容性が実証されたPEG化技術は、成長を続ける数十億ドル規模の産業の基盤となっています。^[7]

PEG化は、ポリマーPEGの鎖を分子、最も一般的にはペプチド、タンパク質、抗体フラグメントに結合するプロセスであり、多くの治療薬の安全性と効率を向上させることができます。^{[9] [10]これにより、立体}配座、静電 結合、疎水性などの変化を含む生理化学的特性が変化します。これらの物理的および化学的変化により、治療薬の全身保持が向上します。また、治療部分の細胞受容体への結合親和性に影響を与え、吸収と分布のパターンを変えることができます。

PEG化は分子の分子量を増加させることにより、薬物の溶解性の向上、毒性を低下させることなく有効性を低下させることなく投与頻度を減らすこと、循環寿命の延長、薬物の安定性の向上、タンパク質分解からの保護の強化など、未修飾形態に比べていくつかの重要な薬理学的利点をもたらすことができる。PEG化された形態は特許保護の対象となる場合もある。^[11]

不活性で親水性のポリマーを結合させることで血中寿命を延ばし、タンパク質の免疫原性を制御する方法が1970年頃に初めて報告されました。^[12] ポリマーとしてポリエチレングリコールが選ばれました。^{[13] [14]} 1981年にデイビスとアブコウスキーはエンゾン社を設立し、3種類のPEG化医薬品を市場に投入しました。アブコウスキーは後にプロロング・ファーマシューティカルズ社を設立し、CEOを務めています。^[15]

PEG化の臨床的価値は今や十分に確立されている。米国のEnzon Pharmaceuticals, Inc.が製造したADAGEN（ペガデマーゼ・ボビン）は、 1990年3月に米国食品医薬品局（FDA）によって承認され、市場に投入された最初のPEG化タンパク質であった。これは、 骨髄移植や遺伝子治療による酵素補充の代替として、重症複合免疫不全症候群（ADA-SCID）の一種の治療に使用されている。ADAGENの導入以来、多数のPEG化タンパク質およびペプチド医薬品が続き、他の多くの医薬品が臨床試験中または開発段階にある。最も成功した2つの製品であるPegasysとNeulastaの売上高は、2011年に50億ドルを超えた。^{[16] [17]}市販されているすべてのPEG化医薬品には、メトキシポリ（エチレングリコール）またはmPEGが含まれている。市場に出回っているPEG化医薬品（FDA承認年の逆時系列）には以下が含まれる：^[18]

• PEG化脂質は、モデルナ社ワクチンとファイザー・ビオンテックCOVID-19ワクチンの両方で賦形剤として使用されています。両方のRNAワクチンは、脂質と呼ばれる油性分子の泡に包まれたメッセンジャーRNA（mRNA）で構成されています。それぞれに独自の脂質技術が使用されています。両方のワクチンで、泡はポリエチレングリコールの安定化分子でコーティングされています。2020年12月現在、PEGがアレルギー反応を引き起こす可能性があるという懸念があり、^{[19] [20]} 12月19日までに、ファイザー・ビオンテックCOVID-19ワクチンを投与された少なくとも3人の「アラスカの医療従事者」にアレルギー反応が発生したようです^{[更新が必要] 。 [21]}モデルナワクチンの特定のPEG化分子は、DMG-PEG 2000として知られています。
• ペグバリアーゼ（バイオマリン） –フェニルケトン尿症の治療のためのPEG化組換えフェニルアラニンアンモニアリアーゼ。 2018年5月に米国FDAにより承認された。^{[22] [23]}
• アディノベート–血友病A患者の治療のためのPEG化抗血友病因子VIII （バクサルタ、2015年）^[24]
• イリノテカンリポソーム (Onivyde) –ゲムシタビンベースの治療を受けている成人の転移性膵臓癌の治療のためのPEG 化リポソーム イリノテカン塩酸塩三水和物。( Ipsen、2015)
• Plegridy –再発性多発性硬化症患者の治療のためのペグ化インターフェロンベータ-1a 。(バイオジェン、2014年)
• ナロキセゴール(モバンティック) –慢性非癌性疼痛の成人患者のオピオイド誘発性便秘の治療に使用されるペグ化ナロキソール(ペグ化されていないメタドンは胃腸の副作用を引き起こす可能性があります)。 (アストラゼネカ、2014 年)
• ペギネサチド（オモンティス） –透析を受けている成人患者の慢性腎臓病に伴う貧血を治療するための月1回投与の薬剤（アフィマックス/武田薬品工業、2012年）
• ペグロティカーゼ(Krystexxa) –痛風の治療のためのペグ化ウリカーゼ(Savient、2010)
• セルトリズマブ ペゴル(Cimzia) –中等度から重度の関節リウマチおよびクローン病、炎症性胃腸疾患の治療のためのモノクローナル抗体( Nektar /UCB Pharma、2008 年)
• メトキシポリエチレングリコール-エポエチンベータ（ミルセラ） -慢性腎臓病に伴う貧血を抑えるためのエリスロポエチンのPEG化形態（ロシュ、2007年）
• ペガプタニブ（マクゲン） - 血管新生性加齢黄斑変性症の治療に使用される（ファイザー、2004年）
• ペグフィルグラスチム（ニューラスタ） - 重度の癌化学療法誘発性好中球減少症に対するペグ化組換えメチオニルヒト顆粒球コロニー刺激因子（アムジェン、2002年）
• ペグビソマント（ソマバート） -先端巨大症の治療のためのPEGヒト成長ホルモン 変異タンパク質 受容体拮抗薬（ファイザー、2002 年）
• ペグインターフェロン アルファ-2a (ペガシス) –慢性C 型肝炎およびB 型肝炎の治療に使用されるペグ化インターフェロン アルファ(ホフマン ラ ロシュ、2002 年)
• ペグインターフェロン アルファ-2b (ペグイントロン) – 慢性C 型肝炎およびB 型肝炎の治療に使用されるペグ化インターフェロン アルファ(シェリング プラウ/ エンゾン、2000 年)
• ドキソルビシン HCl リポソーム(Doxil/Caelyx) –がん治療用のドキソルビシンを含むPEG 化リポソーム(Alza、1995)
• Pegaspargase (Oncaspar) –天然の未修飾L-アスパラギナーゼに過敏症を示す患者の急性リンパ性白血病の治療に使用される PEG 化L-アスパラギナーゼ(Enzon、1994)。この薬は最近、第一線での使用が承認されました。
• ペガデマーゼ ウシ（アダジェン） -重症複合免疫不全症（SCID）の治療のためのPEG-アデノシンデアミナーゼ（エンゾン、1990 年）

mRNA-1273として知られるmRNAワクチンのPEG化脂質 ナノ粒子薬物送達（LNP）システムは、モダニカが以前にLNP技術のライセンスを受けていたアルブタス・バイオファーマとの特許訴訟の対象となっている。 ^{[25] [26]} 2020年9月4日、ネイチャー・バイオテクノロジーは、モダニカが進行中の訴訟で重要な異議申し立てに敗訴したと報じた。^[27]

PEG化は、タンパク質送達、^[28]、細胞トランスフェクション、非ヒト細胞における遺伝子編集などのバイオテクノロジーにおいて実用的な用途がある。 ^[29]

PEG化の最初のステップは、PEGポリマーの片端または両端を適切に官能化することです。各端で同じ反応性基で活性化されたPEGは「ホモ二官能性」として知られていますが、存在する官能基が異なる場合、PEG誘導体は「ヘテロ二官能性」または「ヘテロ官能性」と呼ばれます。PEGポリマーの化学的に活性または活性化された誘導体は、PEGを目的の分子に結合させるために調製されます。^[30]

タンパク質結合にこれまで使用されてきた全体的なPEG化プロセスは、溶液相バッチプロセスとオンカラムフェドバッチプロセスの2種類に大別できます。^[31]シンプルで一般的に採用されているバッチプロセスでは、試薬を適切な緩衝液（好ましくは4〜6℃の温度）で混合し、続いてサイズ排除クロマトグラフィー（SEC）、イオン交換クロマトグラフィー（IEX）、疎水性相互作用クロマトグラフィー（HIC）、膜または水性二相システム（ATPS ）などの物理化学的特性に基づいた適切な技術を使用して目的の生成物を分離および精製します。^{[32] [33]}

PEG誘導体に適した官能基の選択は、PEGに結合する分子上の利用可能な反応性基の種類に基づいて行われます。タンパク質の場合、典型的な反応性アミノ酸には、リジン、システイン、ヒスチジン、アルギニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、セリン、トレオニン、チロシンが含まれます。N末端アミノ基とC末端カルボン酸は、アルデヒド官能性ポリマーとの結合によって部位特異的部位として使用することもできます。^[34]

第一世代の PEG 誘導体を形成するために使用される技術は、通常、PEG ポリマーを、ヒドロキシル基と反応する基、典型的には無水物、酸塩化物、クロロホルマート、炭酸塩と反応させるものです。第二世代の PEG 化化学では、アルデヒド、エステル、アミドなどのより効率的な官能基が結合に利用できるようになります。

PEG化の応用がますます高度で洗練されるにつれて、結合のためのヘテロ二官能性PEGの必要性が高まっています。これらのヘテロ二官能性PEGは、親水性、柔軟性、生体適合性のスペーサーが必要な2つのエンティティを結合するのに非常に便利です。ヘテロ二官能性PEGの好ましい末端基は、マレイミド、ビニルスルホン、ピリジルジスルフィド、アミン、カルボン酸、およびNHSエステルです。^{[35] [36] [37]}

ポリマーが分岐状、Y字型、または櫛型になっている第3世代のペグ化剤が利用可能であり、粘度が低下し、臓器への蓄積がないことが示されている。^[38]最近では、 PEG化の酵素的アプローチも開発されており、結合ツールがさらに拡大している。^{[39] [40]}酵素法で得られたPEG-タンパク質結合体はすでに臨床使用されており、例えば、リペグフィルグラスチム、レビニン、エスペロクトなどである。

PEG化化合物のクリアランス時間が予測不可能なため、高分子化合物が肝臓に蓄積し、毒性結果が知られていない封入体が形成される可能性がある。 ^[41]さらに、鎖長の変化により、生体内で予期しないクリアランス時間が生じる可能性がある。^[42] さらに、PEG化反応の実験条件（pH、温度、反応時間、プロセスの総コスト、PEG誘導体とペプチドのモル比）も、最終的なPEG化製品の安定性に影響を与える。^[43] 上記の制限を克服するために、PEG分子のサイズ（Mw）、数、位置、結合タイプを変更するなどのさまざまな戦略が複数の研究者によって提案された。^{[44] [45]} PEG化の有望な代替手段である生分解性多糖類への結合は、PEGの生分解性の問題を解決するもう1つの方法です。^[46]

• シトクロムc
• インターフェロン
• マトリックス支援レーザー脱離/イオン化
• プロテオミクス
• 固体脂質ナノ粒子

Scholia には PEGylation (Q682252) のプロファイルがあります。